Радіацію було відкрито випадково

Оскільки радіація здебільшого невидима, люди схильні боятися її. Але радіація — це всього лише вид випромінювання, а випромінювання — це енергія, що перебуває в русі. Здебільшого вона невидима для нас, але може бути виявлена за допомогою приладів. Однак є тип випромінювання, який можна побачити неозброєним оком. Це видиме випромінювання називається світлом. Світло заворожує нас, і ми маємо багатий практичний досвід взаємодії з ним, ми знаємо про тіні, віддзеркалення і різні кольори. Інші типи випромінювання мають схожі властивості, але ми їх не бачимо, і вони здаються таємничими. Видиме світло перебуває в середині енергетичного спектра, між інфрачервоним випромінюванням і ультрафіолетовим, які не видно людському оку. Будь-яке випромінювання — це рухома енергія, яка поширюється у вигляді хвиль. Довжина хвиль визначає кількість енергії, яку вони несуть. Короткі хвилі несуть більше енергії, а довгі — менше. Вивчаючи, що відбувається зі світлом, ми можемо отримати уявлення про те, що відбувається з його невидимими побратимами.

Електрика також є рухомою формою енергії. Перш ніж вона міцно увійшла в наше життя, люди довгий час ставилися до неї насторожено. Томас Едісон виявив, що електрика, пропущена через певні матеріали, створює джерело світла, що призвело до винаходу електричної лампочки. Попри потенціал електрики для освітлення, громадськість спочатку не довіряла їй, чому сприяли повідомлення про нещасні випадки, пов’язані з ударами блискавкою та електричними розрядами. Електрика здавалася більш небезпечною, ніж газові лампи та свічки, хоча через них регулярно траплялися пожежі. Однак невтомний Едісон розглядав цей страх як можливість викликати цікавість до своїх електричних ламп. Крім того, він хотів використати страх проти свого конкурента Джорджа Вестінгауза, який для передачі електроенергії застосовував змінний струм (Едісон використовував постійний). Едісон публічно вбив струмом слониху, на ім’я Топсі, щоби продемонструвати смертоносність змінного струму, але це лише призвело до громадського обурення. Едісону довелося відновлювати репутацію. Зрештою змінний струм став основним способом передавання електроенергії, а громадськість у міру знайомства з електрикою все більше сприймала її ризики.

На відміну від електрики, відкриття радіохвиль, які є одним із видів електромагнітного випромінювання, не викликало в широкої публіки побоювань. Гульєльмо Марконі, один із піонерів у галузі радіозв’язку, побачив потенціал використання довгохвильових електромагнітних хвиль для бездротової передачі повідомлень на великі відстані. 12 грудня 1901 року він успішно передав сигнал з Англії до Канади. Марконі та його команда не турбувалися про потенційну небезпеку впливу радіохвиль. На щастя, радіохвилі дійсно виявилися безпечними.

Різні види випромінювання мають різний вплив на біологічні системи, і цей вплив багато в чому визначається довжиною хвилі випромінювання. Іонізуюче випромінювання має коротку довжину хвилі та високу енергію, воно може руйнувати молекули та спричиняти генетичні пошкодження та рак. Неіонізуючі випромінювання мають більшу довжину хвилі, їхня можлива шкода обмежується підвищенням температури та виділенням тепла. Видиме світло є розділовою лінією для несприятливих біологічних ефектів. Ультрафіолетове випромінювання перебуває на межі між іонізуючим випромінюванням і видимим світлом і може спричинити опіки та рак шкіри внаслідок хімічних реакцій. Частинки радіації, що утворюються внаслідок радіоактивності, є видом іонізуючого випромінювання, яке чинить шкідливий вплив на здоров’я.

1895 року пацієнту лікарні Тулсону Каннінгу загрожувала ампутація після того, як лікарі в Монреалі не змогли виявити кулю, що застрягла в нього в нозі. Однак професор Вільгельм Конрад Рентген із Вюрцбурга, Німеччина, щойно відкрив невидимі промені, які можуть проходити крізь тверді об’єкти. Відкриття рентгенівських променів одразу ж стало сенсацією як серед учених, так і серед непрофесіоналів через їхню таємничу здатність проникати крізь тверді об’єкти та потенційну корисність під час діагностики захворювань. Каннінг став першим бенефіціаром медичного застосування рентгенівських променів, що дали йому змогу уникнути ампутації.

Рентген присвятив свою кар’єру вивченню властивостей відкритих ним променів, але завжди вживав запобіжних заходів. Він прожив багато років і не зазнав негативних наслідків через свою роботу з рентгенівськими променями. Едісон також зацікавився електромагнітним випромінюванням після відкриття Рентгена і створив медичний прилад флюороскоп, який використовується досі. Попри небезпеку рентгенівських променів, Томас Едісон і його помічник Кларенс Медісон Деллі знехтували запобіжними заходами. Деллі охоче й часто викликався робити знімки своїх рук за допомогою флюороскопа, а коли одна рука отримувала опіки, він давав знімати іншу.Така недбалість мала серйозні наслідки — Деллі захворів на рак. Спочатку через виразки йому ампутували ліву руку й чотири пальці на правій, потім обидві руки, але рак уже дав метастази, і Деллі незабаром помер. Сам Едісон ледь не втратив зір через сильне рентгенівське опромінення, якому піддавалися його очі під час роботи з флюороскопом.

Більшість ранніх радіаційних травм були спричинені швидше недбалістю, ніж невіглаством, оскільки існувало достатньо засобів самозахисту й доказів потенційної шкоди.

Хвилі, довжина яких перевищує довжину хвилі видимого світла, як-от радіохвилі, мікрохвилі та інфрачервоне випромінювання, загалом безпечні, тоді як хвилі, довжина яких коротша за видиме світло, як-от ультрафіолетове, рентгенівське та гамма-випромінювання, несуть у собі стільки енергії, що можуть впливати на атоми й живі клітини, призводячи до мутацій і загибелі клітин.

1896 року французький учений Антуан Анрі Беккерель, який вивчав флуоресценцію, намагався зрозуміти, як хімічні речовини можуть накопичувати та вивільняти видиме світло, але найважливіше його відкриття не мало стосунку до флуоресценції. Беккереля зацікавило, чи випромінюють флуоресцентні матеріали поряд із видимим світлом і рентгенівські промені. Експерименти з флуоресценцією не давали результатів, поки Беккерель не випробував уран. Він виявив, що уран випускає проникаючі промені, які експонують плівку без впливу світла. Так було відкрито радіоактивність, за це відкриття Беккерель отримав Нобелівську премію 1903 року, яку розділив із Марією і П’єром Кюрі, і на його честь було названо одиницю радіоактивності.

Беккерель не знав про небезпеку рентгенівських променів і про потенційні наслідки радіоактивності для здоров’я. Він і далі працював із радіоактивними матеріалами без будь-якого захисту й навіть протягом кількох годин носив пляшечку з радіоактивною речовиною в кишені жилета, що призвело до радіаційного опіку на животі. Незабаром він припинив роботу з радіоактивними матеріалами, вирішивши, що всі великі відкриття в цій галузі вже зроблено.

Радіоактивність — це властивість, притаманна ядру атома

Беккерель, проводячи експерименти з ураном, випадково відкрив невідомий вид випромінювання — ядерне. Радіоактивність — це властивість, притаманна ядру атома, це здатність атома спонтанно випромінювати випромінювання без будь-якої стимуляції ззовні. Уран був першою виявленою радіоактивною речовиною і досі є однією з найвідоміших. Є десятки інших радіоактивних елементів і сотні різних радіоактивних форм, відомих як радіоізотопи. Ядерне випромінювання буває трьох видів: альфа, бета, гамма. Гамма-хвилі проникають набагато глибше, ніж альфа й бета, і вони найбільш небезпечні для людини.

Стабільність ядра атома залежить від співвідношення протонів і нейтронів, причому найбільш стабільним є співвідношення один до одного. Якщо в атомі занадто багато протонів або нейтронів, ядро стає нестабільним, і може початися радіоактивний розпад. Цей процес охоплює перетворення протона на нейтрон або навпаки, що наближає ядро до стабільного співвідношення. Ізотопи — це різні форми елемента, що мають однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів. Деякі ізотопи стабільні, а інші радіоактивні. Радіоактивні ізотопи також називаються радіоізотопами. Радіоізотопи є у всіх елементів, але деякі з них більш поширені й легко виявляються в довкіллі. Радіоактивний розпад може супроводжуватися вивільненням високоенергетичних бета-частинок і електромагнітних хвиль, які називаються гамма-променями.

Період напіврозпаду радіоізотопу є мірою його стабільності, причому довший період напіврозпаду вказує на більшу стабільність. Період напіврозпаду вуглецю-14 становить 5 730 років, що використовується для датування стародавніх артефактів за допомогою радіовуглецевого методу.

Радіоізотопи з меншим періодом напіврозпаду більш радіоактивні, тоді як радіоізотопи з більшим періодом напіврозпаду дають менше випромінювання.

Піонери вивчення радіації мали обмежені знання про природу радіоактивного розпаду й не могли пояснити, звідки береться енергія, що виділяється радіоактивними елементами. Сер Ернест Резерфорд пізніше вивчив атомне ядро, проклавши шлях для подальших досліджень у цій галузі. Він виявив, що всі радіоізотопи мають різні періоди напіврозпаду, а радіоактивний розпад може мати в собі перетворення атома одного елемента в інший, що він назвав ядерною трансмутацією. Резерфорд також запропонував нову модель атома, яка використовується досі. У ній атом має центральне позитивно заряджене ядро, оточене майже безмасовою хмарою електронів. Він також припустив, що в ядрі містяться нейтрони, які не мають заряду, існування яких незабаром було експериментально підтверджено.