در مواد پرتوزا یا رادیو اکتیو فرایند پرتوزایی رخ می‌دهد.
پرتوزایی (رادیواکتیویته) به فرآیندی گفته می‌شود که به وسیله آن هسته‌های ناپایدار اتمی دچار واپاشی هسته‌ای می‌شوند. چنین فرایندی معمولاً یک پرتو یونساز با مقدار بالایی انرژی (کارمایه) پدید می‌‌آورد.
گاهی این انرژی را می‌توان به صورت نیروی هسته‌ای مهار کرد یا می‌تواند به‌وسیله آلودگی پرتوزایی در زیستبوم رها شود که بسیار مخاطره آمیز خواهد بود.
هسته هایی که ترکیب نوترونها و پروتونهایشان پایدار نیست دست خوش واپاشی می شوند. این گونه هسته ها به طور ذاتی ناپایدار بوده و با گذشت زمان تغییر نموده و به هسته های جدیدی تبدیل می شوند. به این فرآیند شکافت هسته‌ای می‌گویند که ضمن تبدیل به هسته یا هسته‌هایی کوچک تر و پایدارتر پرتوهای پرانرژی به اطراف پراکنده می‌شود. چنین هسته‌ای را پرتوزا یا رادیواکتیو می‌گویند. ناپایداری هسته می تواند به دلیل فزونی نوترون ها، پروتون ها و یا هر دو باشد.
ماده پرتوزا چیست؟
ماده پرتوزا ماده ای است که طی یکسری فعل و انفعالات خاص در هسته ی اتم های خود، پرتوها یا تابش های خاصی را گسیل می کند، همه مواد طبیعی یا مصنوعی قابلیت پرتوزایی ندارند و این قابلیت فقط در موادی مشاهده می شود که هسته ای ناپایدار دارند و برای تبدیل شدن به یک ترکیب پایدار از خود پرتوهایی را گسیل می کنند.
تابش های هسته ای به طور کلی به سه دسته ی پرتوهای آلفا، بتا و گاما تقسیم می گردند. هر ماده ی رادیواکتیو پرتوهای مشخصی را گسیل می کند، به طور مثال: هسته اتم های رادیوکربن و رادیو استرانسیوم پرتو بتا گسیل می کنند، هسته های رادیوکبالت پرتوی بتا و پرتوی گاما تشعشع می کنند و هسته های رادیوم و اورانیوم پرتو آلفا و پرتوی گاما گسیل می کنند، بنابر این می توان نتیجه گرفت که هر ماده ای قابلیت پرتوزایی ندارد و موادی که قابلیت پرتوزایی دارند، از بین پرتوهای آلفا، بتا و گاما فقط تعداد خاص و مشخصی را گسیل می کنند و همانطور که در مثال های گذشته اشاره شد، به طور مثال، هسته های رادیوکبالت پرتوهای بتا ساطع می کنند و این هسته ها قابلیت صادرکردن پرتوهای آلفا و گاما را ندارند و در گسیل تابش های هسته ای محدود می باشند.
مواد رادیو اکتیو شامل دو دسته هستند، ا- ماده پرتوزای طبیعی و 2- ماده پرتوزای مصنوعی
ماده پرتوزای طبیعی آن دسته از مواد پرتوزا است که در طبیعت به صورت ذاتی وجود دارند و انسان در به وجود آمدن آن ها هیچ نقشی ندارد.
و ماده پرتوزای مصنوعی آن دسته از مواد پرتوزا را شامل می شود که ساخته دست انسان هستند و برای تولید آن ها، انسانی تلاش کرده است.
این نوع دسته بندی در برخی کتب جزو قوانین سدی بیان شده است(مانند کتاب شیمی عمومی تالیف غلامرضا قاضی مقدم، توضیحات بیش تر در فسمت منابع) اما در برخی دیگر به صورت مجزا آمده است.
پرتوهای آلفا، بتا و گاما دارای جنس، بارالکتریکی، قدرت نفوذ و انرژی متفاوتی هستند و منشا و مبدا هرکدام نیز ممکن است متفاوت باشد.
در واکنش های هسته ای ماده ای که پرتو گسیل می کند را ماده مادر یا ماده اولیه می نامند و فرآورده یا آن ماده ای که پس از واپاشی بر جای می ماند را ماده دختر می نامند.
نیمه عمر مواد رادیواکتیو، یک عنصر، مدت زمانی است که طول می کشد تا یک ماده پرتوزا نیمی از قدرت خود را از دست بدهد، به طور مثال نیمه عمر کربن-14 حدود 5600 سال می باشد یا اورانیم 238 دارای نیمه عمر 5 میلیارد سال است، یعنی 5 میلیارد سال طول می کشد تا اورانیوم 238 نیمی از خاصیت رادیواکتیویته خود را از دست دهد، پس بنابراین یک عنصر اورانیوم 238 حدود 10 میلیار سال طول می کشد تا به طور کلی خاصیت رادیواکتیویته خود را از دست دهد.
از آنجایی که مواد پرتوزا قابلیت نفوذ در بافت های زنده را نیز دارند، بنابر این میزان تابش های هسته ای اطراف ما همواره می بایست آزمایش و بررسی شوند که این کار(اندازه گیری میزان پرتوهای الفا، بتا و گاما در اطراف زندگی) توسط دستگاهی به نام گایگر-مولر اندازه گیری می شود که این نام از نام سازندگانش اقتباس شده است.
ماهیت پرتوهای آلفا، بتا و گاما
هر سه نوع تابش هسته ای دارای خصوصیات متفاوتی نسبت به یکدیگر هستند و مشخصه ای ویژه خود دارند که برخی مشخصات بارز آنها را پی میگیریم:
در مقایسه ی قدرت نفوذ پرتوهای آلفا و بتا و گاما رادرفورد مشاهده نمود که:پرتوهای آلفا توسط ورقه ای از کاغذ متوقف می شوند و قابلیت نفوذ درون ورقه کاغذ را ندارند یا به عبارت دیگر نمی توانند از کاغذ عبورکنند. پرتوهای بتا از ورقه ی کاغذی عبور کرده اما در برخورد با ورقه ی آلومینیومی با ضخامت 1.16 اینچ متوقف می شوند و بلاخره پرتوهای گاما که قابلیت نفوذ در یک دیوار بتونی ضخیم را دارا می باشد اما نمی توانند از ورقه ای سربی با ضخامت بسیار زیاد عبورکنند، بنابراین از این مشاهدات می توان نتیجه گرفت که پرتوهای آلفا قدرت نفوذی کم تر از پرتوهای بتا و پرتوهای بتا قدرت نفوذی کم تر از پرتوهای گاما دارند. در بین تابش های هسته ای پرتوهای گاما دارای قدرت نفوذ بیش تری هستند اما ذکر این نکته لازم است که نافذترین پرتوهای جهان، پرتوهای کیهانی هستند که قابلیت نفوذ در یک کوه را نیز دارند و به طور نامحسوسی همواره از اعماق میان ستاره ای یا شراره های خورشید زمین را بمباران می کنند و در اعماق زمین نفوذ می کنند.
تابش های هسته ای از نظر جنس و بارالکتریکی تفاوت های محسوسی دارند، پرتوهای الفا دارای بار مثبت هستند و از جنس هسته مثبت اتم هلیم می باشند و جرمی 4 برابر جرم هیدروژن یعنی در حدود 4 a.m.u جرم دارند این پرتوها به سهولت در مواد جذب می شوند و یونیزه کننده ای قوی محسوب می گردند، پرتوهای بتا به طور کلی از جنس ذرات می باشند، ذرات با بار الکتریکی منفی و همچنین ذرات با بار الکتریکی مثبت(ضدالکترونها یا همان پوزیترون ها)، بتای منفی از جنس الکترون ها بوده و بار منفی دارد، بتای مثبت در مقایسه با بتای منفی فقط و فقط در نوع بارالکتریکی تفاوت دارد و درواقع ، پوزیترون ها یا همان ذرات بتای مثبت همان الکترون ها هستند با این تفاوت که با آن ها مثبت شده است.
هنگامی که پوزیترون ها با یک ماده(هدف) برخورد می کنند، با الکترون های درون ماده واکنش داده و هر دو از بین رفته و جرقه ای از گاما زده می شود.
پرتو های گاما از نظر بارالکتریکی، خنثی هستند و هیچ گونه باری ندارند این ذرات از جنس امواج الکترو مغناطیس یا هان نور هستند و در واقع همان پرتوهای X پرانرژی می باشند. پرتوهای گاما دارای طول موج بسیار کوتاه و فرکانس فوق العاده زیادی می باشند و به دلیل اینکه طول موج کمی دارند می توان نتیجه گرفت که انرژی فوق العاده زیادی را شامل می شوند.