Radioactivitatea – un domeniu neexplorat pana la capat

Radioactivitatea se refera la procesele spontane de transformare (dezintegrare), care au loc in interiorul nucleelor atomice instabile (radioizotopi), prin care particulele incarcate cu energie sunt emise in mediul inconjurator, sub forma de radiatii (alfa, beta, gamma), o proprietate pe care o au numai anumite elemente. Fenomenul a fost descoperit de Henri Becquerel, fizician francez, in timpul cercetarilor sale asupra uraniului, cand a constatat ca o materie aparent inerta emite raze cu energie intensa, pe masura ce se dezintegreaza, si procesul a fost foarte repede confirmat si in cazul radiului, de catre Marie Curie, chimista si fiziciana franceza, de origine poloneza, stabilita la Paris. Tanara Marya Sklodowska (asa cum se numea Marie Curie, cand a ajuns in Franta, pentru a studia fizica la Sorbona) era interesata, mai ales, de cele mai noi descoperiri din domeniul radiologiei, facute de Conrad Rontgen si  Becquerel.

In 1895, Rontgen identificase un tip necunoscut de radiatie, folosind un tub cu descarcare de gaz, etansand lumina emisa cu hartie neagra. In ciuda acestui fapt, radiatia provoca innegrirea hartiei fotografice si facea cristalele fluorescente. Un fenomen similar a fost constatat si de Henri Becquerel, in cazul uraniului. Marie Curie a repetat experimentul cu pehblenda, un minereu care contine uraniu, si a descoperit ca mineralul emite raze chiar mai intense decat uraniul pur, ceea ce insemna ca mai continea si alte elemente, cu energie si mai puternica. Astfel, impreuna cu sotul ei, savantul Pierre Curie, a descoperit radiul si poloniul, elemente care emiteau si ele radiatii. Cei doi au aratat ca radiatia nu era provocata de starea fizica sau chimica a substantei, ci de procesele care aveau loc in interiorul ei.

Elementul pe care il descoperisera se va dovedi a fi foarte important in terapia cancerului. Razele radioactive de radiu distrugeau celulele vii din tumorile canceroase, in mai mare proportie decat pe cele sanatoase. Asadar, orientata atent, emisia de raze putea sa distruga celulele bolnave, fara a afecta prea mult tesutul din jur. In prezent, in terapia cancerului, se utilizeaza substante mai putin agresive, precum izotopii de cobalt. Becquerel, Marie si Pierre Curie, in 1903, au fost rasplatiti, pentru cercetarile lor, cu premiul Nobel (Marie Curie fiind prima femeie care a primit o astfel de distinctie, fapt repetat in 1911, cand i s-a acordat un al doilea Premiu Nobel, pentru descoperirile facute asupra radiului). Mai tarziu, fiica sa, Irene Curie si sotul acesteia, Frederic Joliot, au continuat studiul radioactivitatii, primind si ei Nobelul pentru chimie, mai exact pentru crearea, in mod artificial, a elementelor radioactive.

Intr-un astfel de context s-a deschis provocatorul drum al fizicii nucleare. Descoperirile facute de Becquerel si familia Curie au dat un nou avant cercetarii stiintifice, identificandu-se si alte substante radioactive. In mod deosebit, Ernest Rutherford, fizician din Noua Zeelanda, are meritul de a fi observat ca radiatia produsa de un singur element nu era omogena si ca aceasta consta in particule alfa (care aveau puterea de a penetra numai a suta parte dintr-un milimetru de aluminiu) si particule beta, cu o forta de penetrare de o suta de ori mai mare.

Razele gamma, si mai puternice decat razele beta, au fost descoperite de fizicianul francez Paul Ulrich Villard. Tot el a demonstrat ca razele beta constau in particule incarcate negativ, adica electroni, ca razele alfa constau in particule incarcate pozitiv (protoni), iar razele gamma sunt neutre din punct de vedere electric. Mai mult, Rutherford ajunsese la concluzia ca particulele alfa reprezentau ioni de heliu dublu pozitivi, iar radiatia gamma nu produce nici o schimbare, este o unda foarte scurta, cu radiatie intensa. Pornind de la aceste premise, el a construit un model al atomului, valabil si in prezent.

Beneficiile descoperirii radioactivitatii

Descoperirile de pana la 1911 au avut un rol major in domeniul energiei nucleare, al medicinei, agriculturii, agro-alimentatiei, dar si al protectiei impotriva radiatiilor. Omul a invatat sa stapaneasca (cel putin pana la un punct) acest fenomen si sa il recreeze artificial, in beneficiul sau.

• La inceputul mileniului al treilea, in tarile dezvoltate, mai mult de trei sferturi din energia necesara se produce in centrale nucleare, care functioneaza gratie proprietatilor anumitor atomi radioactivi – uraniu si plutoniu – care se dezintegreaza prin fisiune nucleara. Descoperit in 1938, principiul fisiunii nucleare furnizeaza o energie uriasa, pornind de la o cantitate mica de combustibil. Pe de alta parte, in secolul al XXI-lea, pe langa fisiunea uraniului, fuziunea izotopilor de hidrogen, exploatata in construirea bombelor cu hidrogen, suscita nenumarate controverse, din pricina pericolelor pe care le-ar putea genera.

• Radioactivitatea se foloseste, de asemenea, in geologie, oceanografie, climatologie si permite determinarea varstei Pamantului, precum si realizarea unei istorii a climei. Ultimele cercetari arata ca, printr-un astfel de mijloc, pot fi prevazute eruptiile vulcanice, seismele si curentii oceanici responsabili  de furtuni devastatoare.

• In medicina, pe langa diagnosticarea si tratarea cancerelor, radioactivitatea ajuta la analiza metabolismului si la testarea unor noi medicamente.

• Muzeografia exploateaza proprietatile atomilor radioactivi pentru a identifica, data si trata orice fel de obiect descoperit in siturile arheologice (datarea se face cu Carbon 14, se pot dezinfecta piese atacate de paraziti, se pot consolida obiecte fragile etc.).

• In agricultura, radioactivitatea se utilizeaza pentru protejarea culturilor impotriva insectelor daunatoare si pentru conservarea recoltelor si a alimentelor.

In prezent, retele de masurare a radioactivitatii in apa, aer, flora, fauna, alimente, impanzesc intreaga planeta. Specialistii sustin ca principalele surse de radioactivitate sunt:

• Radonul – gaz radioactiv natural, dens, adeseori prezent in subsolurile marilor cladiri;

• Iradierea de origine medicala – radiografii, radioterapii, alte aparate de imagistica, pe baza de raze X, care permit studiul structurilor anatomice;

• Elementele absorbite in alimentatie (in special, potasiu 40);

• Radiatiile cosmice;

• industriile miniere diverse, controlul sudurii prin gammagrafie, energia nucleara civila, deseurile radioactive, testele de arme nucleare, accidentele in functionarea centralelor nucleare;

Consecintele radioactivitatii asupra corpului uman sunt complexe. Riscul pentru sanatate depinde nu numai de intensitatea radiatiilor si de durata expunerii, ci si de tipul de tesut afectat, deoarece, de exemplu, organele de reproducere sunt de 20 de ori mai sensibile decat pielea, in aceasta privinta. Diverse teste si statistici indica, de asemenea, ca sunt foarte expusi la radiatii periculoase cei care fac cinci radiografii cu raze X, la intervale relativ scurte de timp, pasagerii si, mai ales, personalul navigant pe avioanele de linie, astronautii in misiune pe orbita, situatii echivalente cu o eruptie solara foarte puternica.

Fizica nucleara, incotro?

In cercetarea radioactivitatii si a particulelor elementare, stiinta a facut progrese uimitoare, intr-atat incat multi sunt tentati sa creada ca, din acest punct de vedere, s-a ajuns la final. Cu toate acestea, marea provocare a oamenilor de stiinta din domeniu, acum, este legata de “particula lui Dumnezeu”, denumirea metaforica a bosonilor Higgs, denumiti asa dupa numele fizicianului Peter Higgs, care a postulat existenta acestor particule, rezultate (ipotetic) din ciocnirea a doi protoni si care se caracterizeaza printr-o dezintegrare rapida. In proportie de 99,9%, cercetatorii de la CERN (European Organization for Nuclear Research  – Organizatia Europeana pentru Cercetare nucleara), au anuntat, in iulie 2012, ca ar fi observat, in experimentele lor , din acceleratorul atomic, acest boson, dar, confirmarea oficiala a acestei descoperiri a fost prelungita pana la finele lui 2013.

Rezultatele vor schimba, evident, Modelul Standard, care explica structura materiei, precum si particulele care mediaza interactiunea electromagnetica, interactiunea nucleara slaba, nucleara tare si gravitatia. La ora actuala, se stie ca, in Univers,  4,6% reprezinta particule elementare, aproximativ 23%, materie intunecata, iar in jur de 72%, energie intunecata. Nici despre graviton, a carui existenta este, de semenea, doar presupusa, ca influentand interactiunea gravitationala, nu exista inca dovezi. Prin urmare, marea provocare a cunoasterii, a explicarii stiintifice complete a fenomenelor fundamentale,  pentru om, inca nu a luat afarsit.