Curie (eenheid)

De curie (symbool: Ci) is een niet-SI-eenheid van radioactiviteit, genoemd naar de Franse natuurkundigen Pierre Curie en Marie Curie, pioniers in de bestudering van radioactiviteit. De eenheid werd oorspronkelijk gedefinieerd in 1910 als de radioactiviteit van een gram zuiver radium-226 en werd later gestandaardiseerd als exact 3,7 × 10¹⁰ kernvervallen per seconde. Hoewel de curie formeel is vervangen door de becquerel (Bq), de in 1975 ingevoerde SI-eenheid van radioactiviteit, wordt de eenheid nog steeds veelvuldig gebruikt, met name in de Verenigde Staten, in de nucleaire geneeskunde, de stralingsbescherming en bepaalde takken van industrie en milieuwetenschappen. Eén curie komt overeen met 37 gigabecquerel (37 GBq), terwijl één becquerel gelijk is aan ongeveer 2,703 × 10⁻¹¹ curie.

Achtergrond

De curie is vernoemd naar het echtpaar Pierre Curie (1859–1906) en Marie Curie (1867–1934), wier onderzoek naar uraniumstraling — voor het eerst waargenomen door Henri Becquerel in 1896 — leidde tot de ontdekking van de radioactieve elementen polonium en radium in 1898. Marie Curie bedacht de term "radioactiviteit" om de spontane uitzending van straling door bepaalde zware elementen te beschrijven, en het nauwgezette werk van de Curies om radium uit pekblende-erts te isoleren legde de kwantitatieve fundamenten van de nieuwe wetenschap. Hun prestaties, samen met de oorspronkelijke ontdekking van Becquerel, werden in 1903 bekroond met de Nobelprijs voor de Natuurkunde; Marie Curie ontving later een tweede Nobelprijs, voor de Scheikunde, in 1911 voor de ontdekking van polonium en radium en de isolatie van zuiver radium.

Omdat radium in het begin van de twintigste eeuw de praktisch meest belangrijke radioactieve stof was — toegepast in vroege medische behandelingen, lichtgevende verf en wetenschappelijk onderzoek — ontstond al snel behoefte aan een standaardeenheid om de hoeveelheid radioactief materiaal en de sterkte van de emanatie ervan te kwantificeren.

Geschiedenis

De curie werd formeel gedefinieerd in 1910 tijdens het Internationaal Congres voor Radiologie en Elektriciteit in Brussel. Het congres besloot, op voorstel van vooraanstaande wetenschappers uit die tijd, dat een eenheid van radioactiviteit naar Pierre Curie zou worden vernoemd, die in 1906 was overleden. De oorspronkelijke definitie duidde de hoeveelheid radon (radium-emanatie) in radioactief evenwicht met een gram radium aan als één curie.

Deze definitie, gebaseerd op de hoeveelheid radon ten opzichte van radium, bleek onhandig, omdat zij afhing van de nauwkeurigheid waarmee de atoommassa van radium bekend was en van de evenwichtsvoorwaarden van het radioactieve verval. In 1950 herzag een internationale commissie de definitie, waarbij de curie opnieuw werd gedefinieerd als exact 3,7 × 10¹⁰ vervallen per seconde, onafhankelijk van de betreffende stof. Deze waarde werd gekozen omdat zij dicht bij de gemeten activiteit van een gram radium-226 lag en tegelijkertijd een exact, rond getal vormde dat op elke radionuclide toepasbaar was.

De eenheid bleef decennialang internationaal in gebruik, maar naarmate het Système International d'Unités (SI) in het midden van de twintigste eeuw werd ontwikkeld en geformaliseerd, groeide de behoefte aan een coherente eenheid gebaseerd op de fundamentele grootheid van gebeurtenissen per seconde. In 1975 nam de Algemene Conferentie voor Maten en Gewichten de becquerel aan, gedefinieerd als één kernverval per seconde, ter ere van Henri Becquerel. De curie werd behouden als niet-SI-eenheid die voorlopig werd geaccepteerd, en hij blijft voorkomen in juridische, medische en commerciële contexten, vooral in de Verenigde Staten.

Definitie en omrekening

De curie is gedefinieerd als exact 3,7 × 10¹⁰ radioactieve kernvervallen per seconde:

• 1 Ci = 3,7 × 10¹⁰ vervallen per seconde = 37 000 000 000 Bq = 37 GBq
• 1 Bq ≈ 2,703 × 10⁻¹¹ Ci

Voor veel praktische doeleinden, met name in oudere toepassingen, wordt een gram radium-226 nog steeds beschouwd als ongeveer één curie; preciezer geformuleerd komt een gram radium, gegeven de aanvaarde waarde van de halveringstijd van radium-226, overeen met ongeveer 0,988 curie volgens de moderne definitie.

Omdat activiteiten in de praktijk vele ordes van grootte uiteenlopen, wordt de curie doorgaans gebruikt met de standaard metrische voorvoegsels:

• 1 kilocurie (kCi) = 10³ Ci
• 1 megacurie (MCi) = 10⁶ Ci
• 1 millicurie (mCi) = 10⁻³ Ci = 37 MBq
• 1 microcurie (µCi) = 10⁻⁶ Ci = 37 kBq
• 1 nanocurie (nCi) = 10⁻⁹ Ci
• 1 picocurie (pCi) = 10⁻¹² Ci = 0,037 Bq

De picocurie wordt veel aangetroffen in de milieumonitoring, met name bij de meting van radonconcentraties in gebouwen, doorgaans uitgedrukt in picocurie per liter lucht.

Toepassingen en gebruik

In de nucleaire geneeskunde vormen de curie en de onderverdelingen ervan in veel landen nog steeds de standaard voor het uitdrukken van de activiteit van radiofarmaceutica die aan patiënten worden toegediend. Diagnostische procedures omvatten doorgaans doses gemeten in millicurie of microcurie, terwijl therapeutische toepassingen, zoals de behandeling van schildklieraandoeningen met radiojodium, tientallen tot honderden millicurie kunnen betreffen.

In de kernenergie-industrie en de kernbrandstofcyclus wordt de curie gebruikt om de radioactiviteit van reactormaterialen, afgewerkte splijtstof, radioactief afval en milieulozingen te kwantificeren. Grootschalige inventarissen, zoals het gehalte aan splijtingsproducten van een reactorkern, worden vaak uitgedrukt in megacurie. In de stralingsbescherming zijn contaminatieniveaus en lozingsgrenswaarden historisch gespecificeerd in curie of microcurie per volume- of massa-eenheid.

In de milieuwetenschappen is de picocurie een gangbare eenheid voor het rapporteren van radonniveaus en de activiteit van van nature voorkomende radioactieve stoffen in water en bodem. Regelgevende normen in sommige rechtsgebieden blijven grenswaarden specificeren in op de curie gebaseerde eenheden.

Onderscheid met verwante grootheden

De curie meet activiteit — de snelheid waarmee radioactieve vervallen plaatsvinden — en mag niet worden verward met grootheden die de effecten van straling beschrijven. De geabsorbeerde stralingsdosis wordt gemeten in de rad of diens SI-tegenhanger, de gray; de equivalente dosis, die rekening houdt met de uiteenlopende biologische effectiviteit van stralingstypen, wordt gemeten in de rem of diens SI-tegenhanger, de sievert; en de blootstelling aan röntgen- of gammastraling wordt gemeten in de röntgen. Activiteit, dosis en blootstelling zijn verschillende fysische grootheden, en omrekening tussen deze grootheden vereist kennis van de betrokken radionuclide, de vervalenergieën ervan en de geometrie van de bestraling.

Betekenis en nalatenschap

De curie neemt een vooraanstaande plaats in de geschiedenis van de wetenschap in als een van de eerste gestandaardiseerde eenheden in de kernfysica en als een eerbetoon aan de grondleggers van de radiochemie. De lange levensduur van de eenheid weerspiegelt zowel het praktische nut van een eenheid waarvan de grootte goed is afgestemd op de activiteiten van gangbare radioactieve bronnen als de blijvende invloed van de nalatenschap van de familie Curie. Irène Joliot-Curie, de dochter van Marie Curie, breidde deze nalatenschap samen met haar echtgenoot Frédéric Joliot-Curie verder uit door in 1934 de kunstmatige radioactiviteit te ontdekken, waarvoor zij in 1935 de Nobelprijs voor de Scheikunde ontvingen.

Hoewel internationale organisaties de becquerel al lang aanbevelen als de geprefereerde eenheid, heeft de curie standgehouden in het alledaagse gebruik, de historische literatuur en regelgevingskaders. Kennis van de curie en van de relatie met de SI-eenheden blijft essentieel voor het interpreteren van oudere wetenschappelijke documenten, medische voorschriften en milieugegevens, en voor de communicatie tussen de gemeenschappen die beide meetsystemen blijven hanteren.

Zie ook

• Becquerel (eenheid)
• Radium en radon
• Radioactiviteit en radioactief verval
• Marie Curie en Pierre Curie
• Rad (eenheid), rem (eenheid) en röntgen (eenheid)
• SI- en niet-SI-eenheden voor stralingsmeting