Promieniotwórczość

Promieniotwórczość

Budowa atomu
7 marca 1911 roku na zebraniu naukowym Manchester Literary and Philosophical Society Ernest Rutherford zaprezentował efekty swoich badań, z których wynikało, że atom nie jest „małą twardą kulką”, w co wierzono powszechnie od czasów pierwszego współczesnego atomisty Johna Daltona. Model atomu Rutherforda został następnie zmodyfikowany i zastąpiony modelem kwantowym. Odtąd uczeni przeczuwali, ze w jądrach atomów tkwi wielka energia. Nie wiedzieli jednak, jak tę energie wyzwolić. Kluczem do tego było odkrycie neutronu. Neutron jest cząstka ciężką, zbliżoną swoja masą do protonu, a przy tym pozbawioną ładunku elektrycznego. Odkrycie to poruszyło fizyków atomowych. Wydawało im się, ze prawdopodobnie otrzymali narzędzie pozwalające na wnikniecie w głąb jąder atomowych i wyzwolenie zmagazynowanej energii.

Jądro atomowe - dodatnio naładowane część atomu, w której jest skupiona prawie cała jego masa. Średnica jest ok. sto tysięcy razy mniejsza od średnicy atomu. Masa najlżejszego jądra atomowego jest 1836 razy większa od masy elektronu. W skład jądra atomowego wchodzą protony i neutrony (nukleony). Sumaryczna liczba tych cząstek, czyli liczba nukleonów w jądrze atomowym, określa jego liczbę masową A. Liczba protonów obecnych w jądra atomowego jest równa jego liczbie atomowej Z oraz ładunkowi jądra, określa również pozycję danego pierwiastka w układzie okresowym. Jądra atomowe o różnej liczbie A i Z nazywamy nuklidem. Nuklidy o takich samych wartościach A ,lecz różnych Z nazywamy izobarami, a o takich samych Z, lecz różnych A (czyli różniące się liczbą neutronów w jądrze atomowym) – izotopami. Istnienie jąder atomowych odkrył E. Rutherford (1911).

Modele jądra atomowego
Dokładne obliczenie struktury poziomów energetycznych dowolnego jądra nie jest możliwe na obecnym etapie poznania. Dlatego do opisu szczegółowych zagadnień stosuje się przybliżenia modelowe.

Model powłokowy
W modelu powłokowym (M. Goeppert-Mayer, H.J.D. Jensen) rozpatruje się ruch nukleonów w tzw. średnim polu, co umożliwia opisanie takich własności jądra atomowego jak struktura poziomów dla małych wzbudzeń, własności elektromagnetyczne itp.

Model kroplowy
W modelu kroplowym (N. Bohr, J.A. Wheeler) jądro atomowe traktowane jest jak kropla cieczy. Model ten pozwala w zarysie wyjaśnić energię wiązania i rozmiary jądra atomowego.

Model kolektywny
W modelu kolektywnym (A. Bohr) modyfikuje się średnie pole dodając fenomenologiczne oddziaływania: krótko zasięgowe, zwane siłami paringu, oraz długo zasięgowe. Model ten wyjaśnia moment pędu i deformacje jądra, energia wiązania jednego nukleonu w jądrze wynosi od kilku do kilkunastu MeV (Mega, Elektronowolt), średnio rośnie wraz z Z dla coraz cięższych jąder aż do żelaza, następnie maleje.
Umożliwia to (Defekt masy) uzyskiwanie energii (Energetyka jądrowa) zarówno dzięki syntezie jąder lekkich pierwiastków (Synteza jądrowa), jak i rozszczepieniu jąder ciężkich pierwiastków. Na ten generalny trend nakłada się efekt działania sił paringu powodujący, że jądra o parzystej liczbie protonów i neutronów (w skrócie: parzysto-parzyste) są silniej związane niż jądra parzysto - nieparzyste, a te są silniej związane niż nieparzysto - nieparzyste. Ma to duże znacznie dla teorii rozpadu beta.
Jądra o liczbie protonów lub neutronów równej 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 wykazują największe siły wiązania. Liczby te nazywane są liczbami magicznymi, a same jądra - jądrami magicznymi. Gdy obie liczby są magiczne, jądro nazywane jest podwójnie magicznym. Jądra pierwiastków o tym samym Z, a różnych N=A-Z nazywane są jądrami izotopowymi (Izotop), przy tym samym A - jądrami izobarycznymi (Izobary), przy tym samym N - jądrami izotonowymi (Izotony).

Rozszczepienie jądra
Na praktyczne potwierdzenie przewidywań o wielkiej energii zmagazynowanej w atomach trzeba było poczekać kilka lat. Enrico Fermi, bombardując uran powolnymi neuronami, otrzymał zastanawiające wyniki, wskazujące na powstanie z uranu nowych pierwiastków. Nie zdołał jednak tych wyników zinterpretować. Dopiero w styczniu 1939 roku uczeni niemieccy, stwierdzili, że jedynym z produktów reakcji jest bar.
Udane rozszczepienie jądra atomowego i uzyskanie w ten sposób energii mogło być wykorzystane dwojako. Kontrolowana reakcja rozszczepienia pozwalałaby na otrzymanie i pokojowe wykorzystanie energii. Taka jest zasada działania reaktora jądrowego. Natomiast niekontrolowana, lawinowa reakcja rozszczepienia wyzwoliłaby niewyobrażalnie wielką energię w bardzo krótkim czasie. Taka jest zasada działania bomby atomowej.
Aby reakcja łańcuchowa mogła rozwinąć się lawinowo, powinien być spełniony warunek tzw. masy krytycznej. Inaczej mówiąc, ilość uranu musi być dostatecznie duża, czyli wynosić od kilku do kilkunastu kilogramów. Zależy to od kształtu ładunku i stopnia jego czystości. Skąd zatem bierze się energia wydzielana przy rozszczepieniu jąder atomowych?
Neutrony są związane w jądrze za pomocą wielkich sił. Ich uwalnianie powoduje wyzwalanie wiążącej neutrony energii. Początkowa masa jądra jest większa od sumy mas jego fragmentów. Zgodnie z postulatami Alberta Einsteina, masy i energia są równoważnymi postaciami materii, powiązanymi ze sobą zależnością E = m · c2 , gdzie E - oznacza energię, m – masę, c – prędkość światłą. Ze względu na wielką wartość czynnika c, niewielkiemu nawet ubytkowi masy odpowiada wydzielenie ogromnej ilości energii. Wszystko to razem sprawia, że w reakcji rozszczepienia jąder atomowych zyskuje się energię miliardy razy większą niż w reakcjach spalania węgla kamiennego, czy ropy naftowej.

Rodzaje promieniowania
Badania uczonych zajmujących się promieniotwórczością wykazały, że atomy pewnych pierwiastków wysyłają 3 rodzaje promieniowania.
Każde z nich charakteryzuje się różnym zasięgiem i przenikliwością, a także w inny sposób oddziałuje z polem elektrycznym. Pierwszy rodzaj promieniowania ma bardzo niewielki zasięg wynoszący w powietrzu zaledwie kilka centymetrów. Również jego przenikliwość jest niewielka, może być zatrzymany nawet przez kartkę papieru. Jeśli znajdzie się w polu elektrycznym, odchyla się w kierunku bieguna ujemnego. Nazwano je promieniowaniem α (alfa). Promieniowanie to jest strumieniem jąder helu składającym się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Drugi rodzaj promieniowania odchyla się w polu elektrycznym w stronę bieguna dodatniego. Ma dłuższy zasięg (w powietrzu ok. 2m.) i większą przenikliwość od promieni α. Jednak i je można stosunkowo łatwo zatrzymać. Do tego celu wystarczy płytka metalowa. Promieniowanie to nazwano promieniowaniem β (beta). Jest ono strumieniem elektronów. Trzeci rodzaj promieniowania nie odchyla się w polu elektrycznym. Ponieważ promieniowanie to nazwane promieniowaniem γ (gamma), może zatrzymać jedynie bezpośrednie zderzenie z atomem, wykazuje ono bardzo durzą przenikliwość. Do jego zatrzymania potrzeba płyty ołowianej grubości kilku centymetrów. Natura tego promieniowania jest inna niż poprzednio wymienionych.
Promieniowanie α i β mają naturę korpuskularną, podczas gdy promieniowanie γ jest promieniowaniem elektromagnetycznym, o bardzo małej długości fali, mniejszej niż promieniowanie rentgenowskiej.
Co dzieje się z pierwiastkiem promieniotwórczym podczas emisji promieniowania?
Wydzielanie promieniowania α i β powinno prowadzić do zmiany składu jądra atomowego. I tak jest w istocie. Jeżeli z jądra wypromieniuje cząstka α (jądro helu), to liczba masowa zmniejszy się o 4 jednostki (2 neutrony i 2 protony). Ponieważ ubywają dwa protony, powoduje to zmniejszenie liczby atomowej o dwie jednostki. Powstaje nowy pierwiastek. W jądrach jego atomów jest o dwa protony i o dwa neutrony mniej w stosunku do pierwiastka macierzystego, a nowo powstały pierwiastek będzie lokował się w układzie okresowym o dwie pozycje w lewo od pierwiastka wyjściowego.
Emisja cząsteczki β związana z przemianą neutronu w proton, nie zmienia liczby masowej, ale powoduje powiększenie liczby atomowej o jeden, co jest równoznaczne z przesunięciem powstającego pierwiastka w układzie okresowym w prawo o jedno miejsce w stosunku do pierwiastka macierzystego. Prawidłowości powyższe odkryli niemal w tym samym czasie dwaj uczeni: fizyko chemik amerykański pochodzenia polskiego Kazimierz Fajans oraz fizyk i chemik angielski Frederick Soddy.

Reakcje jądrowe
Reakcjami jądrowymi nazywamy zazwyczaj przemiany jądrowe wywołane przez cząstki padające na jądra. Cząstką inicjującą reakcję może być np. proton, neutron, kwant γ, cząstka α lub inne jądra lekkich pierwiastków. Typowy przebieg wielu reakcji jądrowych jest następujący: w pierwszej fazie reakcji padająca cząstka zostaje schwytana przez jądro, w wyniku czego powstaje nowe jądro złożone. Jądro złożone jest zazwyczaj nietrwałe i w bardzo krótkim czasie rozpada się. Wynikiem rozpadu może być pierwotne jądro oraz taka sama cząstka jak cząstka padająca, ale o mniejszej energii. Jądro końcowe znajduje się wówczas w stanie wzbudzonym i może następnie powrócić do stanu podstawowego emitując kwant γ. Tego rodzaju reakcja zwana jest rozpraszaniem niesprężystym. Jądro złożone może jednak „wybrać” zupełnie inną drogę. Może np. wcale nie ulegać rozpadowi, ale wysłać kwant γ i przejść do niższego stanu energetycznego. Może też wysłać inną cząsteczkę niż cząsteczka padająca; wynikiem takiej reakcji jest jądro końcowe różne od jądra początkowego. Mówimy wówczas, że nastąpiła transmutacja jądra. Istnieją reakcje wymuszonego rozszczepienia, w których jądro złożone rozszczepia się na dwa lub więcej fragmentów. Bardzo ważną rolę odgrywają reakcje syntezy, w których z dwu jąder lekkich pierwiastków powstające jądro cięższego pierwiastka i np. kwant γ.
Nie należy sądzić, że wszystkie reakcje jądrowe mają taki właśnie przebieg; możliwe są też reakcje bardziej bezpośrednie, zachodzące z pominięciem etapu jądra złożonego.
Reakcje jądrowe dzielimy na reakcje egzotermiczne i endotermiczne. Reakcja nazywa się reakcją egzotermiczną, jeżeli całkowita energia spoczynkowa końcowych produktów reakcji jest mniejsza od energii spoczynkowej produktów początkowych. Tym samym masa spoczynkowa produktów końcowych jest mniejsza niż masa spoczynkowa produktów początkowych. W reakcjach egzotermicznych część energii spoczynkowej produktów początkowych ulega zmianie na energię ruchu. Typowymi przykładami reakcji egzotermicznych są rozpady promieniotwórcze i reakcje rozszczepienia. Reakcja nosi nazwę endotermicznej, jeżeli energia spoczynkowa produktów końcowych jest większa od energii spoczynkowej produktów początkowych. W wyniku reakcji endotermicznej masa spoczynkowa rośnie.
Należy zwrócić uwagę na istotną różnicę między reakcjami wywołanymi przez naładowane dodatnio cząstki – protony i jądra lekkich pierwiastków, a reakcjami wywołanymi przez neutrony. Aby jakakolwiek cząstka mogła zainicjować reakcję jądrową, musi ona wniknąć do jądra. Ponieważ jądro działa odpychająco na dodatnio naładowane cząstki, cząstki te muszą mieć bardzo dużą energię, aby mogły wniknąć w głąb jądra. Do przyspieszenia naładowanych cząstek potrzebne są odpowiednie urządzenia – akceleratory cząstek. Najprostszym z nich jest tzw. Akcelerator elektrostatyczny – jest to długa rura próżniowa, na której końcach utrzymana jest różnica potencjałów rzędu wielu tysięcy Voltów
Kontrolowana reakcja łańcuchowa ma bardzo duże znaczenie jeśli chodzi o źródło energii. Reakcję taką wykorzystuje się w elektrowniach i silnikach okrętowych. Urządzenia w których przeprowadzane są kontrolowane reakcje łańcuchowe, nazywamy reaktorami jądrowymi. W pierwszym reaktorze jądrowym tzw. Stosie Fermiego, jako materiał rozszczepialny służył naturalny uran. W normalnych warunkach nawet w ogromnej ilościach uranu nie może powstać reakcja łańcuchowa. Nawet w naturalnym uranie można wywołać reakcję łańcuchową przez zastosowanie tzw. Moderatora. Moderator jest to substancja zawierająca atomy lekkich pierwiastków jak np. woda, węgiel, beryl itd., którą w odpowiednich proporcjach wprowadza się do reaktora.
Ważnym elementem każdego reaktora są urządzenia zabezpieczające przed niepożądanym wzrostem szybkości reakcji łańcuchowej i rozwojem reakcji lawinowej. Najczęściej służą w tym celu pręty kadmowe. Prawdopodobieństwo wychwytu neutronów przez jądra kadmu jest bardzo duże, toteż wsuwając do reaktora pręty kadmowe możemy znacznie zmniejszyć liczbę neutronów powodujących rozszczepienia.
Energia cieplna wydzielająca się w reaktorze jest odprowadzana na zewnątrz przez czynnik chłodzący – gaz lub ciecz przepływającą przez wnętrze reaktora.
W poszczególnych typach używanych reaktorów stosuje się różne materiały rozszczepialne (paliwa jądrowe), różne rodzaje moderatorów i różne rodzaje czynnika chłodzącego. W związku z tym rozwiązania konstrukcyjne są także bardzo różne.
Z punktu widzenia podstawowego przeznaczenia reaktory możemy podzielić na trzy grupy:
1) reaktory służące jako źródła energii
2) reaktory przeznaczone do badań naukowych w zakresie fizyki jądrowej, fizyki ciała stałego i chemii
3) reaktory, których głównym celem jest produkcja sztucznych izotopów promieniotwórczych w szczególności nowych substancji rozszczepialnych np. plutonu z naturalnego uranu.
Zastosowanie izotopów promieniotwórczych, otrzymywanych w reaktorach jądrowych, są bardzo różnorodne. Po pierwsze, izotopy te są wykorzystywane jako źródła promieniowania. Promieniowanie γ ma właściwości bakteriobójcze; używa się go więc do sterylizacji, zwłaszcza produktów żywnościowych. W medycynie wykorzystuje się fakt, że komórki nowotworów złośliwych ulegają znacznie łatwiej zniszczeniu pod wpływem promieniowania γ niż otaczające je zdrowe komórki. Naświetlanie promieniowaniem γ jest jednym ze sposobów leczenia chorób nowotworowych.
Kwanty promieniowania γ mają dostatecznie dużą energię, aby przeniknąć przez dosyć grube warstwy metalu. Używa się ich do wykrywania wad materiałów używanych na elementy maszyn i konstrukcji budowlanych.
Duże znaczenie w badaniach naukowych ma tzw. Metoda atomów znaczonych. Własności chemiczne wszystkich izotopów danego pierwiastka są jednakowe. Wprowadzenie do badanych obiektów pewnej liczby izotopów promieniotwórczych pozwala śledzić przemieszczanie się tych atomów w różnych interesujących procesach. Położenie takich atomów możemy określić na podstawie pomiarów natężenia wysyłanego przez nie promieniowania. Badania tego rodzaju pozwoliły na zbadanie mechanizmów wielu procesów zachodzących w komórkach żywych, na badanie przebiegu różnych reakcji chemicznych itp.
Znajomość czasu połowicznego zaniku izotopów i końcowego produktu ich rozpadu pozwala na ocenę wieku zarówno różnych formacji geologicznych, jak i wykopalisk archeologicznych na podstawie procentowej zawartości różnych produktów rozpadu promieniotwórczego.

Energia jądrowa,
Energia uzyskiwana z rozszczepienia bardzo ciężkich jąder (uran, pluton, tor) lub z syntezy lekkich pierwiastków (hel, lit). W obu przypadkach uwalniana jest energia wiązania jądrowego, która ma największą wartość dla jąder o średnich masach (np. przy rozszczepieniu 1 g uranu uzyskuje się tyle energii, co przy spaleniu ponad 2 t węgla
i
Energia, która towarzyszy przemianom jądrowym. Uwalniana podczas rozszczepienia jądra atomu jest ok. milion razy większa niż energia chemiczna. W sposób kontrolowany jest wykorzystywana w elektrowniach jądrowych oraz urządzeniach napędowych jednostek pływających, gdzie jest zamieniana w ciepło służące do wytwarzania energii elektrycznej lub mechanicznej. Niszczące działanie wykorzystywane jest w broni jądrowej, tj. bombie atomowej i bombie termojądrowej.
Prace nad uzyskiwaniem energii jądrowej rozpoczęto po odkryciu 1938 rozszczepienia jądra atomowego, głównie w ramach militarnych projektów badawczych w czasie II wojny światowej (Manhattan Project) i w latach zimnej wojny.

Szeregi promieniotwórcze
Szeregi promieniotwórcze, rodziny nuklidów promieniotwórczych kolejno przekształcających się jedne w drugie na drodze sekwencyjnych rozpadów alfa (alfa rozpad) lub beta (beta rozpad). Tradycyjnie wyróżnia się ich cztery, a każdy zapoczątkowywany jest rozpadem innego bardzo długo życiowego izotopu promieniotwórczego (izotop):
- szereg promieniotwórczy uranowy (rozpoczyna się rozpadem alfa 238U, a kończy na stabilnym 206Pb - łącznie 18 nuklidów, najważniejsze to: 238U, 234U, 226Ra, 222Rn, 210Po, 210Pb),
- szereg promieniotwórczy torowy (rozpoczyna się od rozpadu alfa 232Th, a kończy na stabilnym 208Pb - łącznie 12 nuklidów, najważniejsze to: 232Th, 228Th, 228Ra, 220Rn),
- szereg promieniotwórczy aktynowy (rozpoczyna się rozpadem alfa 235U, a kończy na stabilnym 207Pb - łącznie 15 nuklidów, najważniejsze to: 235U, 231Pa i 223Ra),
- szereg promieniotwórczy neptunowy (rozpoczyna się rozpadem alfa 237Np, a kończy na stabilnym 209Bi - łącznie 13 nuklidów, najważniejsze to: 237Np, 233U, 229Th).
Trzy z nich - szereg uranowy, torowy i aktynowy - występują w środowisku naturalnym, przy czym ze względu na krótszy czas połowicznego zaniku 235U (713 mln lat) w stosunku do analogicznych czasów dla 238U i 232Th (odpowiednio 4,49 i 13,9 mld lat), nuklidy szeregu aktynowego w porównaniu z nuklidami szeregu uranowego i torowego obecne są tu w ilościach śladowych.
Czwarty szereg promieniotwórczy, neptunowy, występował we wczesnym okresie istnienia Ziemi (czas połowicznego zaniku 237Np równy jest 2,2 mln lat) - w śladach pojawił się jednak ostatnio ponownie na skutek skażeń promieniotwórczych izotopem 241Pu (rozpada się on na 241Am, a następnie 237Np, co zapoczątkowuje wspomniany szereg).
W układzie izolowanym, po dostatecznie długim czasie, substancje promieniotwórcze należące do danego szeregu promieniotwórczego osiągają stan równowagi promieniotwórczej (tzw. wiekowej), w środowisku naturalnym stan taki na ogół nie występuje.

Promieniotwórczość naturalna
Promieniotwórczość (radioaktywność) jest to zjawisko samoistnej przemiany jednych jąder atomowych w inne. Głównymi procesami odpowiedzialnymi za promieniotwórczość są: rozpad beta, rozpad alfa, wychwyt elektronu, spontaniczne rozszczepienie.
Intensywność procesu promieniotwórczości opisuje się podając aktywność danej substancji (aktywność źródła promieniotwórczego). Zmiany czasowe aktywności charakteryzuje, właściwy danemu izotopowi promieniotwórczemu, czas połowicznego zaniku (rozpadu), potocznie czas życia izotopu promieniotwórczego, czas po jakim aktywność (równoznacznie: ilość jąder) danego izotopu promieniotwórczego (radionuklidu) spadnie do połowy swej początkowej wartości.
Przyjmuje się z grubsza, że całkowity rozpad danego radionuklidu następuje po czasie równym 5 czasom połowicznego zaniku (tj., gdy aktywność spadnie do poziomu 1/32 aktywności początkowej).
Czas połowicznego zaniku charakteryzuje dany izotop promieniotwórczy niezależnie od czynników zewnętrznych (np. temperatura, ciśnienie, postać chemiczna, stan skupienia itp.), oznaczany jest zazwyczaj T1/2. Rozpad promieniotwórczy charakteryzuje się również poprzez stałą rozpadu λ, związaną z czasem połowicznego zaniku zależnością
λ = (ln 2 )/ T1/2.
Czas połowicznego zaniku jest pojęciem wykorzystywanym dla każdego rodzaju rozpadu promieniotwórczego. Oprócz powyżej zdefiniowanego czasu połowicznego zaniku (fizycznego) wprowadza się czas połowicznego zaniku biologiczny, odpowiadający czasowi, po jakim nastąpi spadek aktywności danego izotopu promieniotwórczego do połowy wartości wchłoniętej do organizmu.
Tak zdefiniowany czas połowicznego zaniku jest zawsze mniejszy od czasu fizycznego, ponadto zależy od wielu czynników i ma charakter przybliżony.. Każda substancja promieniotwórcza ma stały okres półtrwania. Dla różnych pierwiastków promieniotwórczych okresy półtrwania wahają się od ułamków sekund do miliardów lat.
Rozpad klastrowy, rodzaj rozpadu promieniotwórczego (odkryty w 1984 przez H.J. Rose'a i G.A. Jones'a), pośredni pomiędzy rozpadem alfa a spontanicznym rozszczepieniem jądra atomowego.
W rozpadzie klastrowym z pierwotnego jądra emitowane jest samorzutnie lekkie jądro (np. 14C, 24Ne, ...). Rozpad klastrowy jest co najmniej miliard razy mniej prawdopodobny niż rozpad alfa danego jądra.
Istnieją rozszczepienia jądra atomowego spontaniczne (inaczej samorzutne), gdy jądro ulega rozszczepieniu po spontanicznym wzbudzeniu o charakterze fluktuacji (zjawisko występuje w przypadku bardzo ciężkich jąder, charakteryzuje go właściwy danemu izotopowi czas połowicznego rozpadu), oraz rozszczepienia jądra atomowego wymuszone, gdy wzbudzenie jądra wynika z absorpcji protonu, neutronu, deuteronu, kwantu gamma (zjawisko fotorozszczepienia) itp.
Z praktycznego punktu widzenia największe znaczenie mają własności rozszczepienia jąder uranu i plutonu, gdyż izotopy 235U, 233U oraz 239Pu ulegają rozszczepieniu już przy bombardowaniu neutronami o dowolnie małej energii (nawet neutronami termicznymi), podczas gdy większość izotopów ciężkich pierwiastków ulega rozszczepieniu od pewnej progowej energii bombardującego neutronu.
Pojedynczy akt rozszczepienia jądra atomowego może w sprzyjających warunkach indukować (poprzez emitowane neutrony) dalsze rozszczepienia, prowadząc do reakcji łańcuchowej, co znalazło zastosowanie w reaktorze jądrowym i broni jądrowej. Zjawisko rozszczepienia jądra atomowego odkryli w 1938 O. Hahn z F. Strassmanem.
Istnienie promieniotwórczości w przyrodzie (promieniotwórczość naturalna, tło promieniowania przenikliwego) odkrył 1896 H.A. Becquerel, pierwszymi jej badaczami byli M. Curie Skłodowska i P. Curie - stwierdzili oni brak wpływu czynników fizykochemicznych (ciśnienia, temperatury, postaci chemicznej, pola elektromagnetycznego itp.) na przebieg zjawisk promieniotwórczości, tj. na opisujące je prawo rozpadu.

Promieniotwórczość sztuczna
Marii Curie-Skłodowskiej, Irena, wraz z mężem Fryderykiem Joliot-Curie odkryli, że jądra pewnych pierwiastków napromieniowane cząsteczkami α przekształcają się w inne, często także promieniotwórcze. Naświetlanie boru cząsteczkami α doprowadziło do powstania promieniotwórczego izotopu azotu, podczas gdy naświetlanie glinu spowodowało powstanie promieniotwórczego fosforu. Za swoje odkrycie znane jako sztuczna promieniotwórczość małżonkowie Irena i Fryderyk otrzymali w 1935 roku Nagrodę Nobla. Kolejny wielki wkład w badania nad sztuczną promieniotwórczością wniósł włoski fizyk Enrico Fermi, który otrzymał prawie czterdzieści nowych izotopów promieniotwórczych.
Promieniowanie wydzielane przez różne izotopy promieniotwórcze nosi nazwę promieniowania jonizującego. Nazwa pochodzi od pewnej właściwości promieniowania, polegającej na powstawaniu jonów w przenikanej przez nie materii, które jest spowodowane oddawaniem energii. Niestety, takie jony są bardzo niebezpieczne dla organizmów żywych. Konsekwencją napromieniowania mogą być mutacje i nowotwory. W wyniku mutacji pojawiają się osobniki różniące się od swoich rodziców. Na terenach skażonych (blisko poligonów atomowych, czy terenów awarii reaktorów) rodzą się dzieci z wadami wrodzonymi. Częstość występowania nowotworów zwiększa się przy narażeniu organizmu na promieniowanie jonizujące. Typowym schorzeniem osób będących w kontakcie z dużymi dawkami promieniowania jest nowotwór krwi – białaczka. Odpowiednio duże dawki promieniowania są letalne (śmiertelne). Prowadzą do tak zwanej choroby popromiennej, objawiającej się nudnościami, biegunką, odwodnieniem, zaburzeniami równowagi elektrolitowej, porażeniem układu nerwowego i śmiercią. Jednorazowa dawko powyżej 100 siwertów powoduje szybką śmierć. Natomiast po dawce 3-4 siwertów może nastąpić w ciągu kilku tygodni. Większość ssaków wykazuje podobną do człowieka wrażliwość na promieniowanie, jedynie nietoperze znoszą duże jego dawki. Jeszcze mniej wrażliwe na promieniowanie są organizmy prymitywne.

Wykorzystanie promieniotwórczości w życiu
Na szczęście promieniowanie ma swoje pozytywne strony, co wykorzystano w badaniach biologicznych i radioterapii.
Jest to dział medycyny zajmujący się leczeniem chorób nowotworowych za pomocą promieniowania jonizującego. Komórki nowotworowe okazały się bardziej wrażliwe na promieniowanie od otaczających je zdrowych tkanek. Źródłami promieniowania są naturalne i sztucznie otrzymane izotopy promieniotwórcze.
Sztucznie otrzymane promieniotwórcze izotopy jodu stosuje się w diagnostyce i leczeniu chorób tarczycy. Natomiast promieniotwórcze izotopy wodoru, węgla i fosforu wykorzystuje się w badaniach biochemicznych. Ważne biologicznie związki „znakuje się”, wprowadzając do nich atomy promieniotwórcze, podaje organizmom i śledzi ich losy w przemianach metabolicznych.