Так, у нашому організмі постійно відбуваються ядерні реакції, але їх дуже мало порівняно з хімічними реакціями, і вони не сильно впливають на наш організм. Всі фізичні об'єкти складаються з молекул. Молекула - це кілька атомів, пов'язаних між собою хімічними (електромагнітними) зв'язками.
Всередині кожного атома знаходиться ядро, яке являє собою набір протонів і нейтронів, пов'язаних разом ядерними зв'язками. Хімічні реакції - це створення, розрив і перегрупування зв'язків між атомами в молекулах. Хімічні реакції не змінюють ядерну структуру будь-яких атомів.
Навпаки, ядерні реакції включають перетворення атомних ядер. Більшість процесів, що оточують нас у повсякденному житті, являють собою хімічні реакції, а не ядерні реакції. Всі фізичні процеси, які відбуваються для підтримки життєдіяльності людського тіла (вловлювання кисню, спалювання цукру, побудова ДНК тощо), є хімічними процесами, а не ядерними.
Ядерні реакції дійсно відбуваються в організмі людини, але організм їх не використовує. Ядерні реакції всередині тіла можуть призвести до хімічних пошкоджень, які організм може помітити і спробувати виправити.
Виділяють три основні типи ядерних реакцій:
- Ядерний синтез: це з'єднання двох невеликих атомних ядер в одне ядро.
- Поділ ядра: це розщеплення одного великого атомного ядра на більш дрібні фрагменти.
- Радіоактивний розпад: це зміна менш стабільного ядра на більш стабільне ядро.
Зверніть увагу, що поділ ядра і радіоактивний розпад трохи перекриваются. Деякі типи радіоактивного розпаду включають «випльовування» ядерних осколків і тому можуть розглядатися як тип ділення. Для цілей цієї статті «поділ» відноситься до великомасштабних подій фрагментації ядра, які явно не можуть бути класифіковані як радіоактивний розпад.
Ядерний синтез вимагає високої енергії для того, щоб початися. З цієї причини ядерний синтез відбувається тільки в зірках, у наднових, у термоядерних бомбах, в експериментальних реакторах ядерного синтезу, при ударах космічних променів і в прискорювачах частинок. Так само ядерний поділ вимагає високої енергії або великої маси важких радіоактивних елементів.
З цієї причини значний ядерний поділ відбувається тільки в наднових, в ядерних бомбах поділу, в ядерних реакторах ділення, при ударах космічних променів, в прискорювачах частинок і в деяких природних рудних родовищах. Навпаки, радіоактивний розпад відбувається автоматично з нестабільними ядрами і тому зустрічається набагато частіше.
У кожного атома є або стабільне ядро, або нестабільне ядро, залежно від його розміру і від відношення протонів до нейтронам. Ядра, що містять занадто багато нейтронів, занадто мало нейтронів або просто занадто великі, нестабільні.
Зрештою вони переходять у стабільну форму в результаті радіоактивного розпаду. Скрізь, де є атоми з нестабільними ядрами (радіоактивні атоми), природним чином відбуваються ядерні реакції. Цікаво те, що невелика кількість радіоактивних атомів є всюди: у вашому кріслі, в землі, в їжі, яку ви їсте, і у вашому тілі.
Радіоактивний розпад виробляє високоенергетичне випромінювання, яке може пошкодити ваше тіло. На щастя, в тілах людей є механізми для усунення пошкоджень, викликаних радіоактивністю і високоенергетичним випромінюванням, до того, як вони стануть серйозними.
Для звичайної людини, яка живе нормальним життям, кількість радіоактивності в її тілі настільки мало, що організму не становить труднощів відновити всі пошкодження. Проблема може виникнути, коли рівень радіоактивності (кількість ядерних реакцій всередині і навколо тіла) стає занадто високим, і організм не встигає за ремонтом.
У таких випадках жертва отримує опіки, хворобу, рак і навіть смерть. Вплив небезпечно високих рівнів радіоактивності трапляється рідко, і зазвичай його вдається уникнути за допомогою державного регулювання, навчання та освіти. Загальні причини впливу високої радіоактивності на людину включають:
- Природний радон в землі. Всі форми (ізотопи) елемента радон радіоактивний. Тестування на радон в будинках стало стандартом для запобігання надмірного опромінення.
- Співробітники, які працюють на ядерних реакторах або об'єктах ядерної зброї. Суворі правила та особисті радіаційні датчики допомагають запобігти надмірному опроміненню.
- Люди занадто близько знаходяться до ядерної зброї, коли вона випробовується.
- Люди, які живуть поруч з атомною електростанцією, коли вона переживає ядерну катастрофу.
- Медичне лікування, при якому для боротьби з хворобами використовується контрольований метод радіоактивності.
Зверніть увагу, що якщо вам виконується одне медичне сканування, що вимагає пиття або ін'єкції радіоактивного індикатора, у вашому організмі дійсно буде більше ядерних реакцій, ніж зазвичай, але рівень все ще досить низький, щоб не бути небезпечним, і, отже, не був включений в цей список.
У кожній людині постійно накопичуються низькі рівні радіоактивних атома. Способи отримання радіоактивних атомів у наших тілах включають: вживання їжі, яка природно містить невелику кількість радіоактивних ізотопів, вдихання повітря, який природно містить невелику кількість радіоактивних ізотопів, і бомбардування космічними променями, які створюють радіоактивні атоми в наших тілах.
Найбільш поширеними природними радіоактивними ізотопами в організмі людини є вуглець-14 і калій-40. хімічно ці ізотопи поводяться точно так само, як стабільний вуглець і калій. З цієї причини організм використовує вуглець-14 і калій-40 так само, як і звичайні вуглець і калій; вбудовуючи їх в різні частини осередків, не знаючи, що вони радіоактивні.
З часом атоми вуглецю-14 розпадаються на стабільні атоми азоту, а атоми калію-40 розпадаються на стабільні атоми кальцію. Хімічні речовини в організмі, які покладалися на наявність атома вуглецю-14 або калію-40 у визначеному місці, раптово матимуть атом азоту або кальцію. Така зміна пошкоджує хімікат. Зазвичай такі зміни настільки рідкісні, що організм може усунути пошкодження або відфільтрувати пошкоджені хімічні речовини.
У той час як калій-39 і калій-41 володіють стабільними ядрами, калій-40 радіоактиву, це означає, що коли ми споживаємо банан, ми отримуємо вимірювану кількість радіоактивного калію-40.
Скільки?
Природний вміст калію-40 становить всього 0,012%, або приблизно 1 атом на 10000. Типовий банан містить близько 300 мг калію. Отже, з кожним бананом, який ми їмо, ми приймаємо приблизно 0,036 мг радіоактивного калію-40.
Природне виникнення розпаду вуглецю-14 в організмі є основним принципом вуглецевого датування, поки людина жива і все ще їсть, кожен атом вуглецю-14, що розпадається на атом азоту, в середньому замінюється новим атомом вуглецю-14.
Але як тільки людина помирає, вона перестає замінювати атоми вуглецю-14. Повільно атоми вуглецю-14 розпадаються на азот без заміни, так що в мертвому тілі залишається все менше і менше вуглецю-14. Швидкість розпаду вуглецю-14 постійна і добре відома, тому, вимірюючи відносну кількість вуглецю-14 в кістці, археологи можуть обчислити дату смерті людини.
Всі живі організми споживають вуглець, тому вуглецеве датування можна використовувати для визначення віку будь-якого живого організму і будь-якого об'єкта, створеного з живого організму. Кістки, дерево, шкіру і навіть папір можна точно датувати, оскільки вони вперше існували протягом останніх 60 000 років. Це все через те, що ядерні реакції всередині живих організмів протікають природним чином.