Háttérsugárzás

A háttérsugárzás termé szetes eredetű radio aktivitást jelent.  Természetes eredetű radioaktivitás, amely mindenhol mérhető a Földön, részint a Földet az űrből érő kozmikus sugaraktól, részint a földben levő ásványok radioaktív bomlásából ered. Egy átlagos embert egy évben 360 mrem sugárzás ér, ha tetszik ha nem! Ennek - 54%-át, vagyis legnagyobb hányadát,  a talaj radon tartalma okozza. + 8 %-a kozmikus eredetű + 8 %-a földi eredetű + 11 %-a belső eredetű (természetes radiaktív izotópok, pl. a kálium-40) + 3 %- a különböző használati eszközökből ered - 15% orvosi-diagnosztikai eszközökből ered Ennek egy része egyénenként erősen változó, pl. - a radon mennyisége, hatása területenként eltérő és erősen függ a lakás típusától is (nálunk a legtöbb helyen nem számottevő) - az orvosi-diagnosztikai eszközökből eredő mennység is nagy mértékben függ az ilyen hatást okozó beavatkozások típusától és mennyiségétől. A +-al jelöltek hasonlónak tekinthetők mindenütt, nálunk is. Ki vagyunk szolgáltatva a háttér sugárzásnak. Egy hagyományos ház, ami szilikátból épült és palával van fedve, a padlás salakbetonnal készült a kémény égetett téglából készült, az alaphoz cementet használtak mint a vakoláshoz, a burkolat felrakásához, komoly élettani kockázatot jelent. Az alfa-sugárzás hélium atommagokból áll, és akár egy vékony papír is elnyeli őket.

A béta-sugárzás elektronsugárzás, és egy alumíniumlemez nyeli el őket. A gamma-sugárzás elnyelésére csak egy vastag ólomlemez képes hatékonyan, habár a sugárzás erőssége az útja során folyamatosan csökken. A nagyon rövid hatótávolságú levegőben kevesebb, mint 1 cm alfa-sugárzás, és a béta-sugárzás (néhányszor tíz cm levegőben, míg a gamma-sugárzást, amit 10 cm ólom sem bír elnyelni. Később bebizonyították, hogy a gamma-sugárzás valójában nagyenergiájú elektromágneses sugárzás. Tehát az Alfa-bomlás során az atommagból egy hélium atommag (erősen kötött 2 proton és 2 neutron) válik ki. Erősen ionizáló, viszont a hatótávolsága levegőben 1 cm alatti. Béta-bomlás során az atommagban neutronból lesz proton, elektron kibocsátása közben. Így a béta-sugárzás valójában elektronsugárzás. Közepesen ionizáló hatású, hatótávolsága levegőben pár tíz cm. Gamma-bomlás során energia távozik nagy energiájú fotonként. Elsődleges természetes radionuklidok olyan természetes radioaktív magok, amelyek megtalálhatóak a Naprendszer keletkezése óta felezési idejük nagyon hosszú 26 ilyen mag ismert. Az uránnak két természetes izotópja található meg Földünkön, a 235-ös és a 238-as

tömegszámú. A naprendszer és a Föld keletkezésekor adott 235U/238U izotóparányú urán került bolygónk anyagába. Ez az arány az idők folyamán jelentősen megváltozott, mivel a két izotóp különböző felezési idővel elbomlik. A 235U izotóp felezési ideje 700 millió, míg 238-as tömegszámú "testvéréé" 4,5 milliárd év, vagyis az előbbi, a 235U izotóp gyorsabban fogy, mint a 238U. Az izotópok felezési ideje nyilvánvalóan a világ minden részén, minden kőzetben ugyanakkora, így ugyan az izotóparány az évmilliárdok során megváltozott, de a világon mindenhol ugyanolyan mértékben. Ezt 1972-ig több száz mérés igazolta, a világon található uránércben az urán 235-ös és 238-as tömegszámú izotópjainak arányát mindig 0,7202%-nak találták, 0,00004 % pontossággal. Például: 238U ( T=4,47·109 év ), 40K ( T=1,28·109 év ), 87Rb ( T=4,8·1010 év ) másodlagos természetes radionuklidok olyan magok, amelyek  bomlása révén keletkeznek Felezési idejük nagyon rövid, a Naprendszer keletkezése óta nem találhatóak meg 38 ilyen mag ismert. Például: 226Ra (T=1600 év), 234Th (T=24,1 nap) Indukált természetes radionuklidok állandóan keletkeznek a kozmikus sugárzás hatására 10 ilyen mag ismert. Például: 3H (T=12,3 év), 14C (T=5730 év) mesterséges radionuklidok emberi tevékenység során keletkeztek, a természetben nincsenek számottevően jelen 2000 ilyen mag ismert 60Co, 137Cs, 24Na.

Ha éjszaka, tiszta időben az égre tekintünk, néhány ezret láthatunk galaxisunk tízmilliárd

csillaga közül. A csillagok a legősibb, ma is működő ismert nukleáris reaktorok. Fényük a bennük lezajló magfúziós folyamatok során felszabaduló energia egyik formája. Az éjszakai égbolt csillagainál jóval közelebb található naprendszerünk legősibb fúziós reaktora: maga a Nap, amely 10 milliárd éve működik. A földi életet nemző napsugárzás szintén termonukleáris reakciók közvetett, vagy közvetlen terméke. Ha kis rendszámú elemek keverékét több millió fokra felhevítjük, bizonyos ütközések atommag-fúzióra, az egyes atommagok egyesülésére vezethetnek. Ennek során óriási energia szabadul fel, ami természetesen tovább melegíti a keveréket, tovább növelve ezzel a fúzió valószínűségét. Ezt a gyorsuló, hatalmas energia-felszabadulással járó folyamatot hívjuk fúziós, vagy termonukleáris láncreakciónak. A termonukleáris láncreakció során nagyon rövid idő alatt az egész anyagmennyiség fuzionálhat. Ez történik például a hidrogénbombában. Tapasztalataink szerint azonban a nap és milliárd csillag-testvére már évmilliárdok óta körülbelül egyenletes ütemben sugározza fényét. Vizsgáljuk meg, hogyan termelik a csillagok fényüket és mi szabályozza őket ilyen egyenletes tevékenységre. Az univerzum és így nyilván a csillagok messze leggyakoribb eleme a hidrogén. A hidrogénatom magja egyetlen protonból áll. Tehát a fúzió kiinduló lépése két 1H kell, hogy legyen. Igen ám, de a

1H + 1H = 2He reakció végterméke, a két proton alkotta atommag nem stabil. Az alatt a roppant rövid idő alatt, amíg együtt vannak, nagyon kicsi valószínűséggel bekövetkezhet egy pozitív -bomlás: az egyik proton elektron befogásával, vagy egy pozitron - az elektron antirészecskéje - kisugárzásával neutronná alakul át: e- + 2He = 2H, vagy 2He = 2H + e+ .

A keletkezett deuteron stabil mag, amely már alkalmas üzemanyag a további fúzióhoz.

Felezési idők

Másodpercek alatt lezajlanak a további folyamatok: 1H + 2H = 3He + , 3He + 3He = 4He + 1H + 1H. Összegezve a folyamatokat: 4·1H = 4He + e+ + e+ + 5 pJ energia. Az elmúlt 10 milliárd év során tehát a hélium nagy kötési energiája fedezte a 1030 kg tömegű Nap 4· 1026 watt teljesítményét. A Nap teljesítményének egyenletességéért pedig az instabil 2H pozitív - bomlása, mint "nukleáris szelep" a felelős. Egy átlagos protonnak évmilliárdokig kell "próbálkoznia", hogy sikeresen lejátszódjon a fent vázolt folyamat első lépése. A radioaktív sugárzás a Föld története, az evolúció során mindig jelen volt, ahogy ma is. A természetes radioaktív izotópok a lito-, hidro-, atmo- és bioszférában egyaránt jelen vannak. A gamma sugárzás felezési vastagsága 3mm, tehát cm vastag ólom a sugárzás tizedét engedi át.

Gamma sugárzás elleni ólomfal vastagsága; dózis %

Kónya, J., Nagy, N.M., Nuclear and Radiochemistry, Elsevier, 2012., 2nd edition: 2018., ISBN: 9780128136447, ISBN: 9780128136430