ラジウムという元素は、地球の地殻や海洋に極めて微量に存在しており、純粋な形では柔らかい銀色の金属である。訓練を受けていない目には、小さなラジウムの欠片は普通の灰色の岩の破片のように見えるかもしれない。しかし、ラジウムは目に見えない形で放射線——エネルギーと自身の小さな断片——を放出する可能性があり、それを感じることも、見ることも、匂いを嗅ぐこともできない。そして、その目に見えない放射線は、すぐには気づかないうちにあなたを傷つける可能性がある。
この静かな脅威は何が起こっているのだろうか。それは、何年もかけて症状が現れるような形で、密かに体を損傷する可能性がある。
化学者として、私はさまざまな元素が安全に扱えるか、それとも危険なのかを決定する要因に興味を持っている。この危険な放射線の放出は放射能と呼ばれ、その源は一見何の変哲もないように見えても、火傷を負わせたり、何年も症状が現れない病気を引き起こしたりする可能性がある。
原子と同位体
あなたの周りに見えるすべてのもの——皮膚、岩、本のページ——はすべて、原子と呼ばれる極めて小さな粒子のさまざまな組み合わせでできている。
原子には原子核と呼ばれる小さく密度の高い中心がある。負に帯電した電子と呼ばれる粒子が原子核の周りを移動している。原子核の内部には、正に帯電した陽子と中性の中性子という2種類の粒子がある。
原子核内の陽子の数が同じすべての原子は、同じ元素である。ラジウム以外に、聞いたことがあるかもしれない元素として、炭素や酸素がある。すべての炭素原子は6個の陽子を持ち、すべての酸素原子は8個の陽子を持つ。ラジウム原子ははるかに重く——すべてのラジウム原子は88個の陽子を持つ。
興味深いことに、同じ元素の原子が異なる数の中性子を持つことが可能である。中性子の数が異なる同じ元素の原子は同位体と呼ばれる。例えば、2つの炭素原子はそれぞれ6個の陽子を持つが、一方は6個の中性子を持ち、もう一方は7個または8個持つ可能性がある。
原子核に詰め込まれた陽子と中性子の数によって、その同位体の原子核が安定しているかどうかが決まる。原子核が安定していない場合、問題が発生する可能性がある。
放射性崩壊
各原子の原子核は安定していることを望むが、それを可能にするのは陽子と中性子の特定の配置のみである。陽子と中性子の数は等しい必要はないが、ある組み合わせは原子核内で幸せな、つまり安定した共存を可能にし、他の組み合わせはそうではない。
陽子と中性子の不幸な混合を持つ原子核は、何らかの方法で分解または劣化する可能性がある。そのプロセスは放射能または放射性崩壊と呼ばれる。
その放射性崩壊プロセスは、原子核から何らかの形の放射線を放出する。この放射線は、急速に移動する微小な粒子または原子核から出現する高エネルギーの電磁波の形をとることができる。病気にさせる可能性があるのは、まさにその放射線——不安定な原子核から飛び出す高エネルギー粒子と波——である。
放射性崩壊にはさまざまな種類がある。ある場合には、原子は2個の陽子と2個の中性子で構成される自身の小さな断片を放出することによって崩壊する。陽子の数が何の元素であるかを決定するため、原子内の陽子の数を変える崩壊は、それを別の元素に変える。
しかし、放射性崩壊は非常にゆっくりと進行する可能性がある。ある元素が別の元素に崩壊するのに数千年かかることもある。
ラジウムの事例
すべてのラジウム原子は不安定であり、放射性である。これらの同位体の多くは非常に速く崩壊するが、138個の中性子と88個の陽子を持つ最も一般的なRa-226は、最もゆっくりと崩壊する。Ra-226の試料の半分が崩壊するのに1,600年かかる。
Ra-226が崩壊すると、2個の陽子と2個の中性子を失い、ラドンの同位体に変わる。次にラドンが崩壊し、原子は最終的に鉛という元素の安定した形に到達する。その崩壊系列の各ステップは、さらに核放射線を放出する。
安定した同位体を持たない自然界の他の元素には、テクネチウム、ポロニウム、アクチニウム、ウランがある。
人体への影響
ラジウムや他の元素が崩壊する際に放出される核放射線は、人体の細胞を損傷する可能性がある。それは癌や他の健康問題を引き起こす可能性がある。
ポケットに放射性物質を入れて数時間歩き回るという過ちを犯すように、多量の放射線に短時間で曝露される場合でも、長時間にわたってわずかな量に曝露される場合でも、核放射線からの高エネルギー粒子と電磁波は、火傷や癌を含む深刻な健康問題を引き起こす可能性がある。
注目すべきことに、放射能は生命への脅威であるにもかかわらず、科学者はそれを制御して使用し、癌を含む病気を治療することができる。放射線が癌細胞のある場所に正確に送達されれば、放射線は体内で大混乱を引き起こしているそれらの異常細胞を破壊することができる。
放射性物質を専門的に扱う人々は、自分自身を保護するために厳格なガイドラインと手順に従う必要がある。彼らは特殊な遮蔽物と放射線検出器を使用し、放射能に曝露される時間を最小限に抑える。
1898年にラジウムを発見したPierre CurieとMarie Curieは、放射能の悪影響のいくつかを受けた。Pierreは放射線熱傷を経験し、Marieは慢性的な放射線曝露によって引き起こされた可能性の高い血液疾患で死亡した。100年以上経った今でも、彼女のノートは依然として放射性である。