Radioactiviteit komt van materie die spontaan ioniserende straling uitzendt.
Het kan gaan om spontane splijting (desintegreren) van kernen van radionucliden. Anders dan bij chemische processen is dit sterk afhankelijk van de isotoop. Radioactief verval is een natuurkundig fenomeen. Na de desintegratie verandert de atoomkern van samenstelling; hij bevat meer of minder protonen en/of neutronen. Zo ontstaan er andere nucliden en daarmee soms een andere isotoop van hetzelfde chemisch element, maar meestal een ander element.
Het kan ook gaan om zuiver bètaverval of gammaverval, of elektronenvangst. De overgang hangt af van de energietoestand van de nucliden.
In sommige situaties is het ontstane atoom, ook wel de dochternuclide genoemd, zelf ook weer instabiel. Het proces gaat door totdat er een stabiele atoomkern is ontstaan. Men spreekt dan van een vervalketen. thumb|200px|Gevarenteken radioactiviteit
Geschiedenis Aan de ontdekking van en het onderzoek naar radioactiviteit hebben veel mensen hun naam verbonden. Enkele van de bekendste zijn: Becquerel zag een verband tussen de door Röntgen ontdekte stralen en experimenten die hij eerder deed met kaliumuranylzouten. Pierre en Marie Curie noemden het verschijnsel radioactiviteit. Ze ontdekten dat er in verbindingen met uranium en thorium andere stoffen zaten die er eerst niet waren. Rutherford bestudeerde de straling die vrijkwam bij radioactiviteit en ontdekte dat er drie soorten van straling waren: alfa-, bèta- en gammastraling. Soddy deed met Rutherford onderzoek naar een radioactief gas, dat later het edelgas radon bleek te zijn, radon-222. Hij doorgrondde het radioactieve verval en beschreef het bestaan van isotopen. Irène Joliot-Curie maakte radioactieve elementen.
Verval
Atomen bestaan uit een kern, die is samengesteld uit een aantal protonen en neutronen. Om de kern bevinden zich elektronen. Wanneer de samenstelling van de kern instabiel is, zodat deze na verloop van tijd spontaan uiteenvalt, noemt men een dergelijk atoom een radionuclide. Bij dit uiteenvallen komt stralingsenergie vrij.
Radionucliden kunnen op een aantal verschillende manieren uiteenvallen, maar voor dezelfde soort radionuclide is dit altijd volgens hetzelfde patroon. Deze processen hebben daarom gemeen dat het strikt eerste-ordeprocessen zijn, die volledig te beschrijven zijn door een halfwaarde- of halveringstijd. Hier betekent de halveringstijd de tijd die het kost voordat de helft van de atomen uiteen is gevallen. Dit kan per soort radionuclide variëren van minuten tot miljarden jaren. Radionucliden blijven net zo lang uiteenvallen totdat ze een stabiel atoom vormen. Halfwaardetijden zijn vrijwel niet door uitwendige processen te beïnvloeden. De enige uitzondering is elektronenvangst. Daar zijn kleine verschillen mogelijk als gevolg van de verschillen in de golffunctie van het ingevangen elektron.
Eenheden Radioactiviteit wordt uitgedrukt in becquerel (Bq). Als er van een stof 1 atoom per seconde vervalt (desintegreert) is die stof een radioactieve bron (stralingsbron) met een sterkte van 1 becquerel.
Eén Bq wordt ook wel 1 desintegratie per seconde (dps) genoemd. De fysische dimensie is die van s−1, dezelfde dimensie als die van hertz.
In België is de grootste bron van radioactiviteit radon-gas. Dit radioactieve gas is voornamelijk in zuidelijk België een mogelijks gezondheidsrisico. Radon concentraties worden uitgedrukt in Becquerel per kubieke meter (Bq/m³). De grenswaarden die in België voor het radioactieve radon gas worden gehanteerd, zijn gebaseerd op een Richtlijn van de Europese Unie en bedragen 300 Bq/m³ voor bestaande gebouwen (het zogenaamde referentieniveau). Als de meetresultaten hoger liggen, moeten er maatregelen genomen worden. De Belgische streefwaarde bij remediëring of bij nieuwbouw bedraagt 100 Bq/m³. Liggen ze onder deze waarde van 100 Bq/m³, dan betekent dit niet dat er geen enkel risico is. Maar het risico is wel kleiner. Sommige bedrijven moeten in België verplicht radon meten op de werkvloer (zie website van het FANC). Particulieren kunnen op de website van het FANC ook een radontest bestellen.
Om wat duidelijkheid te verkrijgen over hoe klein of hoe groot een becquerel is: de minister van Volksgezondheid grijpt pas in als voedsel radioactiever is dan 600 becquerel per kilogram. De hoeveelheid natuurlijke radioactieve stoffen in het menselijk lichaam is zo'n 120 Bq/kg, voornamelijk als gevolg van kalium-40 en koolstof-14. De gemiddelde mens is dus een radioactieve bron van circa 8500 Bq.
Door een noodverordening naar aanleiding van de ramp bij de kerncentrale van Fukushima werden op 25 maart 2011 de stralingsnormen tijdelijk versoepeld. De verruiming gold voor producten uit Japan. Official Journal of the European Union. Commision implementing regulation (EU) No 297/2011 , 26 maart 2011, (pdf). imposing special conditions governing the import of feed and food originating in or consigned from Japan following the accident at the Fukushima nuclear power station Europese Commissie. Proposal for council regulation (EURATOM). 27 april 2010, (pdf). laying down maximum permitted levels of radioactive contamination of foodstuffs and of feedingstuffs following a nuclear accident or any other case of radiological emergency. De limiet voor zuivelproducten werd verhoogd tot maximaal 1000 Bq/kg en die voor de meeste andere voedingsmiddelen tot 1250 Bq/kg. Voor visolie en specerijen was de limiet zelfs meer dan een factor 20 versoepeld tot 12.500 Bq/kg. Na protesten van Europarlementariërs gelden sinds 11 april 2011 voor voedingsmiddelen uit Japan dezelfde (hogere) normen zoals Japan die hanteert. In juni 2011 komt de Europese Commissie met een nieuw voorstel voor normen voor de maximale hoeveelheid radioactiviteit in voedsel, die dan voor alle voedingsmiddelen zouden gaan gelden, niet alleen die uit Japan.EVMI-nieuws. Stralingsnorm EU wordt weer strenger. 6 april 2011.
Met name binnen de olie-industrie, bijvoorbeeld bij metingen van de natuurlijke radioactiviteit van gesteenten of mineralen, wordt voor de mate van radioactiviteit meestal de gamma-ray-waarde gebruikt. Deze waardes zijn opgesteld door het American Petroleum Institute.
Hierbij een lijst van voorbeelden van stralingsdosissen in microsievert:
0,05 naast iemand slapen 0,09 gedurende 1 jaar in een straal van 30 mijl (48 kilometer) van een nucleaire site leven 0,1 1 banaan opeten gedurende 1 jaar in een straal van 62 mijl (100 kilometer) van een kerncentrale leven 0,3 gedurende 1 jaar in een straal van 50 mijl (80 kilometer) van een steenkoolcentrale leven 0,4 gedurende 1 jaar in een straal van 62 mijl (100 kilometer) van een kolencentrale leven 10 een gemiddelde dagelijkse dosis verkregen van natuurlijke achtergrond straling 20 een röntgenfoto van de borstkas 40 een 5 uur durende vliegtuigvlucht 600 een mammogram 1.000 limiet waarde voor individuen van het algemene publiek (= 1 mSv), totale effectieve dosis per jaar 3.650 gemiddelde jaarlijkse dosis verkregen van natuurlijke achtergrond straling 5.800 CT scan van de borstkas 10.000 gemiddelde jaarlijkse dosis verkregen van natuurlijke achtergrondstraling in Ramsar (Iran) 20.000 een eenmalige full-body CT scan 175.000 jaarlijkse dosis van natuurlijke achtergrondstraling op een monaziet strand (licht radioactief mineraal) in de buurt van Guarapari (Brazilië). 5.000.000 dosis die een mens doodt met een 50% kans binnen de 30 dagen (LD50/30) als de dosis wordt verkregen gedurende een zeer korte tijd.
Zoals men kan zien, zijn lage dosissen zeer gewoon in het dagelijkse leven. Vanuit biologische gevolgen is het echter zeer belangrijk het verschil te maken tussen dosissen verkregen over korte periodes (acute dosissen) en dosissen verkregen gedurende langere periodes (chronische dosissen). Een acute dosis komt voor gedurende een korte en welbepaalde periode terwijl een chronische dosis een dosis is die blijft gelden gedurende een lange periode waardoor de dosis effect ratio beter is. Hoge dosissen zullen eerder cellen vernietigen terwijl langdurige lage dosissen cellen eerder beschadigen of ze veranderen. Lage dosissen over een lange periode veroorzaken ook niet meteen problemen tot een bepaald orgaan. Het effect van lage dosissen op celniveau komen vaak pas jaren later aan het licht.
Straling Wanneer men het in de context van radioactiviteit over straling heeft, doelt men op ioniserende straling. Dit is net als zichtbaar licht of radiogolven een vorm van straling, maar bevat veel meer energie (gemeten in elektronvolt). Hierdoor is deze vorm van straling in staat om veranderingen in atomen teweeg te brengen.
Elk atoom bestaat uit een positieve atoomkern (deze bevat protonen met een positieve elektrische lading en neutronen zonder lading) en negatieve elektronen die daaromheen zwerven. Wanneer de elektronen samen net zo negatief zijn als de atoomkern positief is, is het atoom neutraal. Als er echter één of meerdere elektronen worden weggenomen, is het atoom niet meer neutraal. Het is dan een geladen deeltje, ook wel een ion genoemd.
Straling die in staat is een elektron van een atoom weg te schieten en het atoom daarmee achter te laten als ion, wordt daarom ioniserende straling genoemd. Op deze manier geïoniseerde atomen zijn in de regel zeer reactief en reageren met elk molecuul dat toevallig in de buurt is.
De straling die bij radioactiviteit wordt uitgezonden is ioniserende straling. Ze wordt soms radioactieve straling genoemd. Dit is feitelijk onjuist: de stof is radioactief, niet de straling.
Er zijn verschillende soorten ioniserende straling: alfa- (α), bèta- (β) en gammastraling (γ) zijn veel voorkomende vormen. Als er losse neutronen vrijkomen spreekt men van neutronenstraling.
Blootstelling op Aarde Al het leven op aarde wordt jaarlijks blootgesteld aan een bepaalde dosis ioniserende straling. De meeste straling is al sinds het ontstaan van de Aarde aanwezig. De hoogte van de dosis is afhankelijk van verschillende factoren, waaronder waar men leeft, wat men eet of drinkt en welke medische behandelingen men ondergaat. De blootstelling kan zowel inwendig (bijvoorbeeld via voedsel) als uitwendig plaatsvinden.
Volgens het VN-Milieuprogramma (UNEP) wordt een mens op jaarbasis gemiddeld blootgesteld aan 3,05 millisievert (mSv) ioniserende straling. Daarvan heeft 2,4 mSv (ongeveer 80%) een natuurlijke oorsprong. De overige straling met kunstmatige oorsprong is vrijwel geheel afkomstig van medische onderzoeksmiddelen of behandelingen, zoals het maken van röntgenfoto's. Slechts 0,0072 mSv is van niet-medische oorsprong. Het grootste gedeelte hiervan is afkomstig van proeven met atoomwapens in de 20e eeuw. De Tsjernobyl-ramp draagt gemiddeld over alle mensen op Aarde 0,002 mSv bij aan de blootstelling. Energieproductie met kerncentrales vormt tot slot de kleinste stralingsbron, met gemiddeld 0,0002 mSv per jaar. Bovenstaande cijfers zijn een gemiddelde voor alle mensen op Aarde. De daadwerkelijke blootstelling kan per mens variëren.
De grootste stralingsbron op Aarde wordt gevormd door zogenaamde primordiale radionucliden. Dit zijn radionucliden met een zeer lange halveringstijd die sinds het ontstaan van de Aarde in de bodem en atmosfeer aanwezig zijn. Mensen kunnen direct vanuit de bodem aan straling door radionucliden zoals kalium-40 of thorium-232 worden blootgesteld, of nadat deze radionucliden terecht zijn gekomen in voedsel of bouwmaterialen. De hoeveelheid radionucliden in de bodem kan sterk variëren per locatie. Een andere belangrijke bron van ioniserende straling is radon-222, dat in gasvorm vrijkomt uit de bodem en in de atmosfeer terechtkomt. Met name binnen gebouwen kan het zich in hogere concentraties opstapelen.