בעקבות כתבות ההפחדה של התקשורת ובהמשך לפוסטים שלנו שבאו בעקבותיהן אודות קרינה בלתי-מייננת, הגיעו אלינו בקשות רבות מעוקבים שביקשו שנספר קצת על קרינה מייננת והנזקים שהיא עלולה לחולל.
בקטנה: קרינה היא מייננת כאשר לחלקיקיה יש אנרגיה גבוהה דיה כדי לתלוש אלקטרון אחד או יותר מתוך אטום או מולקולה, ובכך להפוך אותם ליון (בניגוד לקרינה בלתי-מייננת). סוגי הקרינות המייננות העיקריות: קרני UV, קרני X, קרינת אלפא, קרינת בטא, קרינת גאמא וקרינת נייטרונים.
אז מה הם המנגנונים המייצרים קרינה? אילו קרינות קיימות בטבע? ומאילו כדאי מאוד שנישמר?
בשביל לדבר על סוגי קרינה, ראשית עלינו להגדיר מהי "קרינה" – זו אנרגיה הנפלטת מחומר ומתפשטת במרחב בצורה של גלים וחלקיקים.
בגדול, ניתן לחלק את סוגי הקרינה באופנים שונים:

1. על-פי יכולת היינון שלה: קרינה מייננת מול קרינה בלתי-מייננת
2. קרינה רדיואקטיבית מול קרינה שאיננה רדיואקטיבית.
3. קרינה חלקיקית (כלומר כזו אשר במהלכה נפלטים חלקיקי חומר) אל מול קרינה אלקטרומגנטית.

ספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית
גל אלקטרומגנטי הינו ההתפשטות של תנודה בעוצמת השדה החשמלי במרחב. זוכרים שדיברנו על הכוח האלקטרומגנטי? כוח זה פועל בין כל שני חלקיקים טעונים חשמלית, ומתווך בין החלקיקים על-ידי שדה חשמלי הממלא את המרחב. כאשר עוצמת השדה הזה עולה ויורדת באופן מחזורי - ההפרעה בשדה מתפשטת במרחב כגל ומעבירה מידע ואנרגיה ממקום למקום. מהירות גלים אלו בשדה החשמלי (בריק) היא קבועה ושווה לכ-300,000 ק"מ בשנייה לערך.
לגל הנע במהירות קבועה שני מאפיינים עיקריים: אורך הגל שלו - כלומר המרחק בין שני שיאים, והמשרעת (אמפליטודה) שלו – כלומר העוצמה של הגל בנקודות השיא שלו. ישנו מאפיין נוסף, שהוא תלוי לחלוטין ושקול לאורך הגל – התדירות שלו. התדירות היא כמות השיאים הנמצאת ביחידת זמן קבועה – בדרך כלל שנייה. כלומר, יחידת המדידה של תדירות בקרינה אלקטרו-מגנטית היא 1 לשנייה, או "הרץ" (Hertz). מכיוון שהגל נע במהירות קבועה, אם נגדיל את המרחק בין שני שיאים, כלומר, נגדיל את אורך הגל – התדירות תקטן, שכן עכשיו בכל יחידת זמן יהיו פחות שיאים. היחס הזה עובד כמובן גם בכיוון ההפוך – הקטנה של אורך הגל תגדיל את תדירותו.
ספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית קיים על-פי אורכי-גל בסדרי גודל רבים – החל מאורכי גל של מאות אלפי קילומטרים, ועד אורכי גל באורך פלאנק (כ-10 בחזקת מינוס 35 מטרים, כלומר, כ-34 אפסים אחרי הנקודה העשרונית!).
באופן זהה, תדירות הקרינה האלקטרומגנטית קיימת לרוב בטווח שבין הרצים בודדים לסדר גודל של 10 בחזקת 18 (10 ואחריו 18 אפסים) הרץ. את כל הספקטרום הנרחב הזה אנו מחלקים לקבוצות באופן (כמעט) שרירותי: אם נתבונן בספקטרום זה מכיוון בו אורכי הגל קטנים (והתדירות עולה), הרי שתחילה נמצא את גלי הרדיו, לאחר מכן את גלי המיקרו, ואחריהם תחום האור האינפרה-אדום (בעברית: "תת-אדום"). אחר-כך נמצא את תחום האור הנראה: החל מאור אדום בעל אורכי גל ארוכים יחסית, ועד אור סגול בעל אורכי גל קצרים יחסית. בהמשך ניתקל באור האולטרה-סגול (בעברית: "על-סגול"), אחר-כך בקרינת רנטגן ,הידועה גם בשם "קרינת X", ולבסוף ישנה קרינת הגאמא. האחרונה נחשבת לקרינה רדיואקטיבית, ונגיע לזה בהמשך (תמונה להמחשה בתגובות).
על-פי המכניקה הקוונטית ניתן לראות בקרינה האלקטרומגנטית כוח הנישא על-ידי פוטונים – שהם חלקיקים חסרי מסה אשר נעים במהירות האור ונושאים אנרגיה בהתאם לתדירות האור (לחלופין: אורך הגל) שהם מייצגים. כלומר, לפוטונים אנרגיה הנקבעת אך ורק על-ידי תדירות האור, ולא על-ידי המשרעת שלו, הקובעת את כמות הפוטונים. לפיכך, ככל שאנו מתקדמים במעלה התדירויות (כלומר במורד אורכי הגל) - כך האנרגיה של הקרינה האלקטרו-מגנטית גוברת.
קרינה מייננת מול קרינה בלתי-מייננת
קרינה מייננת, כאמור, היא קרינה אשר לחלקיקיה אנרגיה גבוהה דיה כדי לתלוש אלקטרון אחד או יותר מתוך אטום או מולקולה, ובכך להפוך אותם ליון - כלומר, ליינן אותם. אלקטרונים באטומים ומולקולות מצויים ברמות אנרגיה בדידות, וברבים מהם ההפרש האנרגטי בין רמת האנרגיה של אלקטרונים מסוימים לבין המצב בו הם משתחררים - שווה לאנרגיה של קרני UV (על-סגולים). לפיכך, נוכל להתבסס על כלל האצבע הבא - קרינה אלקטרומגנטית תהיה מייננת אם תדירותה תהיה גבוהה מתדירויות האור הנראה, כלומר קרני UV, קרני X וקרני גאמא. כאשר האנרגיה של הקרניים נמוכה מהנ"ל )כלומר: אור נראה, אור אינפרה-אדום(IR), קרינת מיקרו וקרינת רדיו) - הקרינה תהייה בלתי מייננת.
קרינה רדיואקטיבית
קרינה רדיואקטיבית היא הקרינה המשתחררת בתגובות גרעיניות. קרינה רדיואקטיבית היא תמיד קרינה מייננת, שכן בכל הסוגים השונים של קרינה רדיואקטיבית מדובר תמיד בכמויות אנרגיה גבוהה מספיק כדי "לתלוש" אלקטרון מאטומים ומולקולות (כפי שהוסבר בפסקה הקודמת). נהוג לחלק את סוגי הקרינה הרדיואקטיבית לארבעה, אם כי ישנם סוגים אחרים הנפוצים פחות.
ארבעה סוגי קרינה אלו הם:

1. קרינת אלפא.
2. קרינת בטא.
3. קרינת גאמא.
4. קרינת נייטרונים.

קרינת אלפא היא למעשה גרעין של אטום הליום, והיא מורכבת משני פרוטונים ושני נייטרונים, מה שהופך אותה לכבדה יחסית. בתהליך פליטת קרינה זו, אטום מספר x  הופך לאטום מספר x-2 (שכן הוא איבד שני פרוטונים). קרינת אלפא נחשבת לקרינה חלשה יחסית, וניתן לחסום אותה בעזרת דף נייר פשוט. כמובן שאין לזלזל בקרינה זו – שכן אם חומר הקורן באופן זה נספג בגוף, הוא  עלול לפגוע ברקמות הגוף מבפנים, ולא תמיד הגוף יכול לסלק אותו במהירות. דוגמה קלאסית לקרינת אלפא היא זו המתרחשת באטום אורניום-238 (אטום בעל 92 פרוטונים ו-146 נייטרונים): אטום זה פולט חלקיק אלפא, והופך לאטום תוריום, בעל 90 פרוטונים ו-144 נייטרונים.
קרינת בטא מורכבת משתי קבוצות – קרינת אלקטרונים (בטא-מינוס) וקרינת פוזיטרונים (בטא-פלוס). פוזיטרונים הם האנטי-חלקיקים של האלקטרונים, והם בעלי תכונות זהות לאלו של אלקטרונים, למעט המטען החשמלי שלהם, שהוא חיובי. במהלך תהליך פליטת קרינת בטא-מינוס, גרעין אטום משחרר אלקטרון וחלקיק תת-אטומי נוסף בשם אנטי-נייטרינו. גרעין האטום גדל במטענו, והופך לאטום הבא אחריו בטבלה המחזורית. למשל, אטום פחמן-14 משחרר אלקטרון + אנטי-נייטרינו, והופך לאטום חנקן-14. חשוב לציין ששחרור האלקטרון אינו מגיע מהאלקטרונים של האטום, אלא מהגרעין שלו: בתהליך, נייטרון הופך לפרוטון ואלקטרון, כאשר האחרון משתחרר כקרינת בטא-מינוס. מכיוון שהאטום הרוויח פרוטון ואיבד נייטרון, הרי שמטענו החשמלי גדל ב-1 (ולכן הוא הופך לאטום הבא בטבלה המחזורית), בעוד מספר סך כל הפרוטונים והנייטרונים שבו לא השתנה.
קרינת בטא-פלוס דומה מאד לקרינת בטא-מינוס, רק שהיא פועלת באופן הפוך - פרוטון הופך לנייטרון ופוזיטרון (וחלקיק נייטרינו), ובכך האטום מאבד פרוטון והופך לאטום אחד לפניו בטבלה המחזורית. למשל, אטום פלואוריד-18 (9 פרוטונים, 9 נייטרונים) פולט פוזיטרון, והופך לחמצן-18 (8 פרוטונים ו-10 נייטרונים). תהליך זה משמש רבות במכשירי הPET-- (Positron Emission Tomography) בבתי חולים.
קרינת בטא היא קרינה "קלה" יותר מבחינת מסה: מסת אלקטרון היא כ-1/1600 ממסת פרוטון (השווה, בערך, למסת נייטרון), ולכן לקרינת בטא מסה נמוכה פי-6400 מקרינת אלפא. מסת האלקטרון והפוזיטרון שוות, ולכן הדבר נכון לשני סוגי קרינות הבטא. מכיוון שהבדלי המסה והגודל הם כה גדולים, קרינת בטא חודרת עמוק יותר לחומר, ופיסת נייר לא תוכל לעצור אותה. אלומיניום ופלקסי-גלאס, לעומת זאת, כן עוצרים קרינת בטא (בהינתן ששכבת החומר עבה מספיק).
קרינת גאמא היא קרינה אלקטרו-מגנטית, כאמור. היא יכולה לחדור עמוק מאד אל תוך החומר, ואפילו שכבה סבירה של אלומיניום לא תעצור אותה. על-מנת להגן מפני קרינת גאמא יש להשתמש בחומרים כבדים וצפופים בהרבה, כגון עופרת או אורניום - בעובי התלוי בעוצמת הקרינה. קרינת גאמא גורמת ליינון החומר במספר שונה של מנגנונים (אפקט פוטוני, אפקט קומפטון, יצירת זוגות פוזיטרונים-אלקטרונים ועוד), שקצרה היריעה מלתאר את כולם. עם זאת, בסופו של דבר התוצר של קרינה זו הוא עקירה של אלקטרון מהחומר, ויצירת חומר מיונן.
קרינת נייטרונים היא, כפי ששמה רומז - נייטרונים בעלי אנרגיה גבוהה. לנייטרונים אין מטען חשמלי, ולכן הם יכולים לעבור דרך שכבות רבות של חומר באופן פשוט יחסית, ולהיספג בו בתדירות נמוכה. עם זאת, בהינתן מספיק נייטרונים - סטטיסטית כמות גדולה שלהם עלולה להיספג בחומר. כאשר זה קורה, הנייטרונים למעשה משתלבים בגרעיני אטומים, ועלולים לגרום לתגובות המשך: ביקוע גרעין האטום, יצירת גרעין בלתי יציב שיפלוט קרינה רדיואקטיבית, ועוד. קשה מאד להגן מפני קרינת נייטרונים, והדרך לעשות זאת היא באמצעות שימוש במספר שכבות של חומרים שונים (הן אורגניים והן מתכתיים) במטרה לעצור את הנייטרונים. קרינה זו בעלת פוטנציאל נזק עצום.
לסיכום, ניתן לראות שלא כל דבר שקשור לקרינה חייב להיות מבהיל. ישנם סוגי קרינה שימושיים וחשובים לנו העוטפים את המרחב שלנו ביום-יום ואינם בעייתיים כלל - למשל, אור נראה. אי לכך, חשוב תמיד להבין לגבי כל קרינה נחקרת את יכולת היינון שלה, האם היא רדיואקטיבית ומה הם החלקיקים (או עוצמת הגלים) המרכיבים אותה.

לפוסט הבא בסדרה >>

מקורות:

• HyperPhysics
• Radiation and Radioactivity
• Ionizing Radiation

עריכה לשונית: שלומי ג'מו