Categories
Podcasts SciCast Stiinta

Tehnocultura SciCast 009 – Suntem radioactivi

Tehnocultura SciCast 009 a fost înregistrat duminică, în data de 12 iunie 2016, în Londra, Marea Britanie.

Subiectul principal al acestui episod este radioactivitatea.

Audio podcast pe iTunes:
https://itunes.apple.com/ro/podcast/tehnocultura/id929951093?mt=2

Video pentru radioactivitate:

radiație (electromagnetică, acustică, gravitațională, de particule) versus radioactivitate (descompunere nucleară spontană) / Hyperphysics desre radioactivitate

– oameni radioactivi: în fiecare secundă se decompun în noi 5000 de atomi de potasiu-40 radioactiv

ce face radioactivitatea periculoasă: este vorba de descompunerile radioactive și generarea de radiație alpha, beta, gamma

radiatie-alpha-beta-gamma

– “Radium girls”: radiul și radioactivitatea au fost descoperite în 1898 de Marie și Pierre Currie șî, fără a se ști exact efectele sale, a început să fie folosit în diferite produse în SUA. US Radium Corporation folosea radiul pe post de vopsea fosforeșcentă în fabrica sa unde erau angajate femei pentru a vopsi ceasuri. Femeile erau încurajate să ascute vârful pensulelor cu buzele și, astfel, ele s-au îmbolnăvit din cauza radiului ingerat.

descopmpunerea radioactivă generează căldura din interiorul Terrei / același sistem folosit și la roverul Curiosity

reactoarele nucleare mai sigure azi decât acum 30 de ani

perioada înjumătățire ( 1 / 2^n) a c-14 / cel mai vechi mineral zirconiu aflat cu ajutorul datării uraniu-plumb / vârsta planetei
În 1904 fizicianul Ernest Rutherford a arătat că procesul de descompunere radioactivă poate fi folosit pentru a data rocile.

Cernobâl la 30 de ani de la dezastru

Recomandare de carte

Mathematics for the non-mathematician de Morris Kline.

math-morris-kline

Întrebarea săptămânii: De ce anumite materiale sunt transparente?

În episodul 28 filmat pe canalul de YouTube al Tehnocultura profesorul Nicolae Crețu ne-a explicat de ce anumite materiale sunt transparente.

Transparenta este proprietatea materialelor de a permite luminii vizibile să treacă prin ele cu o atenuate foarte mică.

Sticla, anumite tipuri de plastic și acril, pietre semiprețioase și oxidul de aluminiu sunt transparente în spectrul luminos.

Transparență în toate lungimile de undă ale spectrului electromagnetic nu există, ci materialele sunt transparente doar pe anumite regiuni ale spectrului. Este vorba de lumina vizibilă, adică cea cu lungimi de undă între 400 (albastru) și 700 (roșu) de nanometri.
lumina

Lumina și lungimile ei de undă:
rgb
Sticla, de exemplu, este transparentă pentru lumină și pentru radiația de energie mai mică decât a luminii (IR, microunde, radio), dar este opacă pentru UV iar X și gamma trec parțial prin sticlă.

Dat fiind că lumina este o undă electromagnetică, adică este formată din oscilații ale câmpului magnetic și electric care se propagă din aproape în aproape, câmpul electric din aceasta interacționează cu electronii liberi și cu cei de pe stratul exterior al atomilor.
elmag

In diferite materiale, precum este metalul care este acoperit de o “mare” de electroni din zona electronilor de conducție, lumina va fi absorbită de acei electroni pentru că sunt mulți electroni liberi în acel material.

În cazul sticlei lumina nu este absorbită pentru că există foarte puțini electroni liberi iar energia luminii este prea mică pentru a determina absorbția acesteia. În schimb, radiația UV are suficient de multă energie încât să fie absorbită de electronii din atomii din sticlă.

Trebuie amintit aici conceptul de atenuare, o proprietate a materialelor de a absorbi, după o lege exponențială, energia electromagnetică incidentă. Cu alte cuvinte, absorbția crește cu cât grosimea materialului traversat de către lumină crește.

exponential

Legat de absorbția luminii, dacă folosești filtre, atunci vei observa că un filtru roșu permite trecerea luminii roșii, dar nu și a celei verzi sau albastre. Aici este vorba de transparență selectivă.
red filter

Minutul de tehnologie

– Interesting Engineering: AI ar trebui protejat de drepturile omului
– TechCrunch: Atari intră în piața dispozitivelor IoT
– Toms Hardware: cele mai bune SSD-uri ale lunii mai 2016
– Extreme Tech: startup britanic a creat aplicația Tenant Assured prin care se vrea ca proprietarii de imobile să verifice toate conturile social media ale posibililor chiriași pentru a primi o notă
– Woogie: asistentul personal creat de români
– Fully Charged: cum se comportă un ATV electric din UK
– Tech Crunch: conturile de Linked in și Twitter ale lui Mark Zuckerber au fost hackuite. El folosea parola “dadada” pentru Twitter iar contul de Twitter era conectat cu Linked in
– Tech Quickie: ce sunt partițiile? / ce sunt memoriile flash folosite la SSD-uri: MLC, TLC, and SLC

Știri din lumea științei

– SciShow: 8 animale din adâncurile oceanelor
– BackReaction: despre arxHiv și cum se filtrează automat studiile pentru a fi publicate
– Michael Eiser: Elsevier păcălește autorii lucrărilor științifice și le fură drepturile de autor
– Science Friction: tata Uraniu ne spune care este greutatea memoriei
– Nature: detalii despre homo florensiensis aka “hobbiți” din zona Indoneziei
– Sense About Science: guvernul UK nu știe pe ce dă banii atunci când plătește diverse studii
– Science Based Medicine: studiul despre șobolanii ce au făcut cancer din cauza semnalelor GSM/CDM sunt pline de erori / articol Tehnocultura pe tema aceasta
– Daily Galaxy: o genă permite comunicarea dintre celule și a dus la apariția vieții inteligente
– Scholarly OA: alte publicații frauduloase gata să păcălească oamenii de știință – Scientific Open Access Journals (SOAJ) și Remedy Publications / alte trei: International Academic Publishing House, Scientific Federation și eScience Publisher (eSciPub)
– Numberphile: angrenaje a câte trei roți dințate în contact sunt posibile și arată ciudat
– New Scientist: porci folosiți pentru a crește organe umane (corpul nu refuză organul respectiv pentru că va fi creat din celulele pacientului)
– SciShow Space: cele mai mari rezervoare de apă din spatiu
– HealthCare Triage: imagine știința versus restul
– Science Friday: o abordare mai veche în a lupta cu bacteriile – bacteriofagii

Despre ce se mai discută în lumea pseudoștiinței?

– ScienceBasedMedicine: medicină integrată versus medicina alternativă
– O privire sceptică: cine este Andrew Wakefield, din cauza căruia viața multor copii a fost pusă în pericol de crearea mișcării antivaccin
– O privire sceptică: acupunctura și homeopatia
– Naturopathic Diaris: petiția care atrage atenția că naturopatia este o minciună atrage tot mai multă atenție

Bonus

– SciShow: 8 lucruri interesante despre brânză
– Compound Chem: chimia pepenelui
– Applied Science: cum arată hârtia sensibilă la câldură
– Today I Found Out: elicopterele nu cad ca pietrele când li se oprește motorul
– Today I Found Out: cum se calculează caloriile din mâncare
– Deep Astronomy: ce joburi există în lumea astronomiei
– Ted-Ed: cum funcționează tranzistorii
– Crash Course Games: cum a intrat Microsoft în lumea jocurilor video
– Atlas Obscura: numerele de pe pistele din aeroporturi reprezentă deviația, în zeci de grade, față de nordul magnetic

Vizitează

Tehnocultura pe Facebook
Grupul știința pe Facebook și Știința pe Facebook
Grupul Știința, candelă în întuneric
Grupul Pseudoștiința pe Facebook

Categories
Podcasts Stiinta

F@TC 030 – Ce este radiația nucleară? [radioactivitate]

Ce este radiația nucleară? Ce este radioactivitatea? De ce este radiația nucleara nocivă pentru oameni? Ce metode de protecție avem împotriva radiației nucleare? De câte feluri este radiația nucleară?

Despre radiația nucleară ne povestește Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brașov, Laboratorul de Fizică Aplicată și Computațională.

După cum am scris și în articolul despre elementele radioactive care se decompun în fiecare om în fiecare moment, radioactivitatea este un proces important ce se petrece în natură.

Tocmai datorită descompunerii radioactive Pământul este capabil să genereze căldura pe care o trimite apoi spre scoarța terestră. Scoarța terestră ne protejează de radiațiile nocive ce vin din interiorul planetei iar atmosfera ne protezează de radiațiile nocive ce vin de la Soare.

Un lucru mai puțin știut este că descompunerea radioactivă este folosită și de rovere precum Curiosity, trimis pe planeta Marte de către NASA. Atunci când un element radioactiv se descompune el generează căldură. Acea căldură este folosită de rover pentru a genera energie electircă.

Radiația nucleară este radiația generată de nucleele atomilor implicati în procesul de radioactivitate altfel numit și descompunere radioactivă. Anumite elemente chimice precum uraniul sau plutoniul sunt radioactive natural, ceea ce înseamnă că emit în mod spontan radiatie nucleară în timp ce se descompun în elemente cu mase atomice mai mici.

Radioactivitatea naturală este împărțită în corpusculară și electromagnetică. Radioactivitatea corpusculară este procesul prin care sunt expulzate particule din interiorul nucleului atomilor: particule alfa, adică nuclee de heliu, și particule beta, adică electroni sau pozitroni.

Radiația beta este de două tipuri: beta minus și beta plus. Beta minus generează electroni și neutrini iar beta plus generează pozitroni (antimaterie) și antineutrini (antimaterie).

Beta minus (neutron devine proton cu eliminarea unui electron):
n → p + e− + -νe

Beta plus (protonul devine un neutron prin eliminarea unui pozitron):
p → n + e+ + νe

Radioactivitatea electromagnetică este procesul prin care unde electromagnetice gamma sunt generate de către nuclee atunci când nucleele atomice revin din starea excitată la energia fundamentală.

Deși electronii și pozitronii pot genera unde gamma la ciocnirea lor, undele gamma generate în cadrul radioactivității provin de la dez-excitarea nucleelor atomice, nu din acele ciocniri ocazionale.

Radioactivitatea artificială sau indusă este cea în care au loc reacții nucleare generate de oameni ori în acceleratoarele de particule.

Dat fiind că radioactivitatea este un proces nociv pentru oameni s-au inventat aparate de genul Geiger-Muller care analizează nivelul de radiații ionizante. Unitatea de măsură este Sv, Sievertul.

Dozele de Sieverți care trebuie luate în calcul:
– 3-4 mSv/an = o doză normală
– 50 mSv/an = lucratori în centrale nucleare
– 100 mSv/an = risc crescut de cancer
-2000 mSv (2Sv) deodată = efecte imediate asupra sănătății
– 4Sv = supraviețuirea este improbabilă
– 8 Sv = moarte iminentă.

Radioactivitatea este nocivă pentru că generează radiații ionizante, în special raze gamma, care interferează cu corpul uman la nivelul de ADN. Razele gamma interacționează cu ADN-ul din nucleaul celulelor și rupe legăturile dintre aminoacizi. Rezultatul este fie distrugerea codului genetic pe alocuri, fie generarea de celule canceroase.

Modul în care ne protejăm de radioactivitate este prin folosirea unor ecrane sau pereți. Particulele alfa sunt oprite de o foaie de hârtie, pentru că interacționează foarte puternic din punct de vedere electrostatic cu hârtia.

Particulele beta pot fi oprite de un perete de plastic sau ceva mai gros decât o foaie de hârtie. Problema principală a radioactivității o reprezintă generarea de raze gamma care au putere de penetrare extrem de mare.

Tocmai de aceea razele gamma se folosesc și la scanarea camioanelor pentru detectarea oamenilor în interiorul containerelor în porturi sau la diferite granițe. Procesul se numesțe radiografie cu raze gamma.

Pentru a ne proteja de razele gamma în eventualizatea unui eveniment nuclear noi trebuie să fim conștienți de faptul că puterea de penetrare a radiației ionizante scade odată cu mărirea grosimii zidurlui, peretelui protector. Cu cât zidul este mai gros, cu atât ești mai protejat. Aceasta este legea de atenuare a radiației penetrante.

De cele mai multe ori se folosesc pereți cu cel puțin 10 cm de plumb pentru a crea adăposturi anti-nucleare sau ziduri de beton de 10m. O combinație între mai multe tipuri de pereți mărește șansa de a opri radiațiile nocive, în spetă, razele gamma.

Filmat și editat de Manuel Cheța: http://tehnocultura.ro

Filmat la Universitatea “Transilvania” Brașov, Colina Universității.

Audio podcast: https://itunes.apple.com/ro/podcast/tehnocultura/id929951093?mt=2
——
Referințe:
– doze Sievert: http://tehnocultura.ro/2014/09/30/tu-esti-radioactiv-5000-de-atomi-de-potasiu-40-de-descompun-in-tine-chiar-acum/
– imagine unde electromagnetice: http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Spectroscopy/Fundamentals/Electromagnetic_Radiation
– imagine radiactivitate: http://chemistry.tutorvista.com/nuclear-chemistry/gamma-decay.html
– imagine ecrane de protecție, mână: http://www.frankswebspace.org.uk/ScienceAndMaths/physics/physicsGCE/D1-3.htm
– aparat Geiger: https://en.wikipedia.org/wiki/Geiger_counter
– imagine ziduri de protectie, grosimi: http://www.tinyhousedesign.com/how-to-design-a-nuclear-fallout-shelter/
– imagine straturi reactor nuclear: http://www.slideshare.net/MisterKhan/presentation-on-nuclear-reactor-on9-1007
– imagine: http://www.sprawls.org/ppmi2/RADPEN/
– imagine ADN distrus: http://nuclear-news.net/information/women/
– radiografie cu raze gamma: https://en.wikipedia.org/wiki/Cargo_scanning#Gamma-ray_radiography

Categories
Stiinta

Tu ești radioactiv. 5000 de atomi de Potasiu-40 de descompun în tine chiar acum


Mai întâi să vedem filmul de mai sus. Radiația la 10 000 de metri altitudine este de 30 de ori mai mare decât cea de la sol, cu toate acestea poți zbura liniștit cu avionul fără să ai probleme de sănătate. Radiația de fond, cea care ne înconjoară la nivelul solului, este de aproximativ 3 miliSievert pe an. În filmul de mai sus vezi că inginerul calculează 0.1 microSievert/oră, ceea ce este un lucru normal. La 10 metri de centrul reactorului nuclear este de 10 ori mai mare, dar la înâlțimea de 10 000 de metri ai de-a face cu radiație de 30 de ori mai mare, adică 3 microSievert/oră.

Reactoarele nucleare de azi sunt mult mai sigure decât cele de acum 20 de ani și este interesant de aflat că putem fi iradiați cu mai multă radiație într-o plimbare cu avionul decât dacă stăm lângă un asemenea reactor.

Care este legătura, totuși, cu radioactivitatea umană? Ei bine, află că totul pe Terra este radioactiv, de la miezul foarte fierbinte până la bananele ce le mânânci cu atâta poftă. Oamenii au evoluat să suporte cantități destul de mari de radiație și de aceea nu avem dificultăți. Excepție este, totuși, o plimbare la reactorul 4 de la Cernobîl.

Cei de la Health Physics Society și-au pus întrebarea: este omul radioactiv? Răspunsul este un răsunător da, dar cantitatea de radiație este atât de mică încât este neglijabilă. În fiecare secundă 5000 de atomi de Potasiu-40, element care se găsește în fiecare om, se descompun radioactiv în alte elemente prin ceea ce se numește descompunere beta minus (beta decay, β−), eliberând un electron și un antineutrino.

În descompunerea beta minus, cea mai raspândită descompunere din cadrul celor 5000 de atomi, un neutron se va tranforma într-un proton și va elibera un electron și un antineutrino. Procesul este descris în detaliu în articolul despre Quantum Field Theory.

Cei de la Health Physics Society au calculat că procesele de descompunere radioactivă din noi ne iradiază cu aproximativ 0,3 miliSievert pe an, de 10 ori mai puțin decât cei 3 miliSievert pe an din mediul ambiant. Este rău sau bine? Ei bine, pentru asta trebuie să avem aproape un tabel excelent legat de cât de multă radiație este în jur și cât de mult ne poate afecta (sursa imagine):
cantitati-radiatie-tabel

Din imaginea de mai sus poți vedea că 3-4 mSv/an este o doză normală. Maximul admis pentru lucrătorii în zone cu radiație este de 50 mSv/an iar de la 100 mSv/an avem risc crescut de cancer. La 2000 mSv sau 2Sv primiți deodată avem de-a face cu efecte imediate asupra sănătății iar la 4Sv supraviețuirea este opțională. La 8 Sv poți fi considerat deja mort.

Fun fact: dacă mânânci o banană, te iradiezi mai mult decât dacă ai dormi 2 ore cu cineva în pat, adică 0.1microSv. Tocmai de aceea s-a inventat unitatea de măsură numită BED – banana equivalent dose. Dacă ai reuși să mănânci un milion de banane odată, atunci te-ai intoxica de radiație și ai avea șanse să mori.

Acum, câtă radiație emite un om? Din tabel vei vedea că avem de-a face cu 0,05 microSv pe secundă sau cu 390 de microSv/an. Da, cu cât dormi mai mult cu cineva cu atât te iradiezi mai mult. În plan localizat, pe termen scurt, efectul este imperceptibil, însă efectul cumulat de-a lungul anilor se poate resimți în risc puțintel mai mare de cancer.

Richar Muller, profesor de fizică la Universitatea California din Berkeley a prezentat public, în articolul Radioactivity of the human body, un calcul prin care un om din 28 000 de oameni care moare din cauza cancerului are acel cancer generat de propria radiație. Calculat la populația SUA el a ajuns la cifra de 35 de oameni, din 340 de milioane, care mor anual de cancer generat de propria radiație. Calculele nu sunt exacte, dar ne prezintă cu perpectivă nouă asupra lucrurilor.

Richard Muller mai are o serie de asemenea calculate puse în directorul public. Interesant de citit și calculele despre obezitate și moduri de a slăbi. De știut: eliminăm 120 de grame de carbon din corp în fiecare zi numai respirând. Ce trebuie să faci ca să slăbești? Muller zice clar: respiră mai mult, adică fă sport mai mult.

Revenind la radioactivitatea umană, cantitatea de izotopi radiaoctivi de Potasiu-40 este de 5000 Becquereli, adică acei 5000 de atomi care se descompun în fiecare secundă. Potasiu-40 are perioada de înjumătățire de 1,23 miliarde de ani, ceea ce înseamnă că acest element provine de la supernova ce a generat Sistemul Solar.

De aici aflăm că doar 10% din cei 500 de atomi generează radiație gamma iar o parte bună din această radiație se duce către exterior. Radiația gamma este suficient de puternică încât să afecteze ADN-ul din celule. Gamma are energii de cel puțin 1MeV, suficient de mari încât să arunce electronii de pe orbitele din jurul atomilor, rupând astfel legăturile moleculare. Din fericire generăm doar 500 de raze gama pe secundă iar parte bună din acestea nu ne afectează.

Un om de 70 kg are aproximativ 140 de grame de Potasiu-40 în corp (0.2-0.4% din greutatea corpului) astfel că, la o activitate specifică de 30.5 Bq/g (Becquereli/gram), putem calcula faptul că există 4.26 kBq sau 4260 de atomi în descompunere acum. Circa 0.0117% din potasiul din corp este Potasiu-40. Un lucru interesant: Carbon-14, alt element radioactiv din corpul uman, element ce are o perioadă de înjumătățire de 5730 de ani, se află în cantitatea de 3.08kBq în om.

Ok, dar de unde atâta radioactivitate în jurul nostru? Orice atingem are o urmă de radioactivitate, oricât de mult ai curăța lucrurile. Elementele radioactive provin de la formarea sistemului solar și vor mai trece miliarde de ani până toate se vor descompune în elemente ne-radioactive.

Un lucru mai puțin știut este că planeta noastră este una dintre cele mai mari surse de elemente radioactive din zona noastră. Datorită fenomenului de descompunere radioactivă Pământul are suficient de multă căldură încât să îi ajungă pentru câteva miliarde de ani de-acum încolo.

Cum am scris și în articolul citat în linkul de mai sus, în momentul de față planeta noastră își menține căldura în proporție de 20% datorită căldurii reziduale rămase de la discul de acreție și în proporție de 80% datorită descompunerii radioactive a izotopilor Uraniu 238, Uraniu 235, Thoriu 232 și Potasiu 40.

Așadar, noi stăm pe un bulgăre încins la mii de grade de descompunerea radioactivă. Suntem protejați de expunere la radiația radioactivă de către scoarța terestră.

În acest context este ușor de răspuns la întrebarea “Ce am face dacă Soarele as dispărea pe loc?“. Ne-am ascunde sub pământ, loc unde vom avea căldură preț de miliarde de ani datorită proceselor radioactive ce au loc în centrul planetei. Același proces de descompunere radioactivă este folosit și la roverul Curiosity, trimis pe Marte. Nu are loc fuziune sau fisiune acolo, ci roverul își generează energia electrică din căldura rezultată în urma descompunerii radioactive a elemenetelor radiogenice.

Mai rămâne un mister: de unde radiație la altitudinea de 10 000 de metri? Ei bine, aceasta vine din spațiul interstelar, de departe. Vezi detalii în filmul de mai jos:

Așadar, chiar dacă tu ești radioactiv într-o mică măsură iar riscul de cancer crește odată cu creșterea timpului petrecut lângă alte persoane, nu ai nici un motiv să folosești pastă de dinți cu radon 😀 Prea multă radioactivitate strică!