Naturalne i sztuczne źródła promieniowania jonizującego (rodzaje, właściwości, sposoby detekcji i pomiaru)

Promieniowanie jonizujące wzięło swoją nazwę stąd, że wywołuje w obojętnych elektrycznie atomach i cząsteczkach materii zmiany w ładunkach elektrycznych czyli jonizację.

Promieniowanie jonizujące może być pochodzenia:
- naturalnego, to promieniowanie kosmiczne i promieniowanie radionuklidów naturalnych obecnych w środowisku,
- sztucznego, to promieniowanie stosowane w diagnostyce medycznej oraz promieniowane wywołane próbnymi wybuchami jądrowymi i awariami obiektów techniki jądrowej

NATURALNE ŹRÓDŁA PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO

•promieniowanie kosmiczne (w wyniku którego powstają głównie tryt, beryl i izotop węgla 14C)
•promieniowanie emitowane przez pierwiastki zawarte w skorupie ziemskiej, a w konsekwencji cyklu pokarmowego, obecne również w organizmie człowieka (głównie izotop potasu 40K), oraz radon uwalniany ze ścian budynków, wody i naturalnych paliw podczas ich spalania.

SZTUCZNE ŹRÓDŁA PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO

•aparatura rentgenowska - diagnostyczna i terapeutyczna oraz przemysłowa, a także kineskopy telewizyjne, prostowniki próżniowe średnich i wielkich mocy, betatrony, akceleratory
•izotopy promieniotwórcze - "bomby" kobaltowe lub cezowe, igły radowe, mierniki lub czujniki stosowane w przemyśle (gęstościomierze, pojemnościomierze, wagi izotopowe, czujniki dymu itp.), znakowanie radioizotopowe

Najczęściej spotykanymi rodzajami promieniowania jonizującego elektromagnetycznego jest promieniowanie X i promieniowanie gamma.

Promieniowanie jonizujące jest nieodłącznym składnikiem naszego środowiska, mającym doniosły wpływ na rozwój i ewolucje życia na Ziemi. Promieniowanie to powstaje w wyniku szeregu procesów:
promieniowania kosmicznego, będącego w istocie rozpędzonymi do ogromnych energii protonami, jądrami helu, a także innymi atomami docierającymi nieustannie z Kosmosu oraz z atmosfery Słońca, które zderzając się z atomami atmosfery ziemskiej prowadzą do powstawania wtórnych źródeł promieniowania,
samorzutnego rozpadu niestabilnych atomów promieniotwórczych, wchodzących w skład naszego naturalnego otoczenia,
rozpadu promieniotwórczych pierwiastków wprowadzonych do naszego otoczenia w sposób niekontrolowany, np. w wyniku prób z bronią jądrową, czy też katastrof w energetyce jądrowej,
rozpadu paliwa jądrowego w reaktorach jądrowych lub przyspieszania cząstek do dużych prędkości w akceleratorach,
przy przejściach elektronów na wewnętrzne powłoki elektronowe atomu, powstające wówczas promieniowanie rentgenowskie wykorzystywane jest w technice i diagnostyce medycznej.

RODZAJE PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO:

Promieniowanie rentgenowskie i gamma odznaczają się dużą przenikliwością i łatwo przenikają np. przez ludzkie ciało. Przed tym promieniowaniem chroni duża warstwa ołowiu, betonu lub wody.
Promieniowanie alfa i beta jest znacznie mniej przenikliwa. Promieniowanie alfa, czyli ciężkie i powolne jądra helu łatwo zatrzymać kartką papieru lub dłonią. Promieniowanie beta, czyli szybko poruszające się elektrony przenikają przez 1 - 2 cm warstwę ludzkiego ciała lub wody, ale z łatwością zatrzymuje je kilkumilimetrowa płytka aluminium.
Promieniowanie neutronowe to strumienie cząstek obojętnych o dużej przenikliwości, które pochodzi przede wszystkim z reaktorów. Osłonę przed takim promieniowaniem stanowi woda, parafina, gruba warstwa ołowiu lub ciężkiego betonu.

SPOSOBY DETEKCJI i POMIARU PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO

Sposobów detekcji i pomiaru promieniowania jonizującego jest dużo. Oto kilka wybranych przykładów:
•Licznik Geigera - gazowy detektor promieniowania jonizującego. przelatująca przez licznik cząstka jonizuje atomy (cząsteczki) gazu. Uwolnione w procesie jonizacji elektrony, a także elektrony wybite przez jony z katody, przyspieszane w polu elektr. wywołują dalsze akty jonizacji i w konsekwencji wyładowanie lawinowe. Dopiero po wygaszeniu wyładowania (liczniki Geigera-Mllera są licznikami samogaszącymi) może być zarejestrowana następna cząstka. Powstałym podczas wyładowania impulsom prądu elektr. odpowiadają impulsy napięcia na rezystorze, które następnie są zliczane. Kształt i amplituda impulsu wyjściowego nie zależy od energii i rodzaju rejestrowanej cząstki;
•detektory cząstek - urządzenia do rejestracji cząstek elementarnych i jonów, pomiaru ich pozycji przejścia, prędkości, energii oraz do ich identyfikacji;
•detektory śladowe - pozwalają na rekonstrukcję torów cząstek na podstawie śladów, np. jonów lub związków chemicznych, pozostawionych w ośrodku detektora (umieszczone w polu magnetycznym umożliwiają — poprzez pomiar krzywizny toru — wyznaczenie znaku ładunku oraz pędu cząstki);
•komora jonizacyjna - między elektrodami (zazwyczaj 2 równoległe płaszczyzny przewodnika) panuje taka różnica potencjałów, że wszystkie jony i elektrony powstałe podczas pierwotnej jonizacji wywołanej przejściem cząstki są wychwytywane, a pole elektr. jest na tyle niskie, że nie występuje jonizacja wtórna (bywa wypełniona cieczą);

Obecnie podstawową rolę w fizyce wysokich energii i fizyce jądrowej odgrywają detektory, które pozwalają na szybką (10–7–10–9 s) detekcję cząstek, charakteryzują się krótkim czasem martwym (10–5–10–8 s) i umożliwiają elektronom przetwarzanie pierwotnego sygnału. Takie detektory są zazwyczaj łączone w zespoły (zw. detektorami hybrydowymi) złożone z wielu typów detektorów do detekcji różnorodnych cząstek w szerokim obszarze energetycznym.

Wielkość dawki jaką ludzie w ciągu roku otrzymują z różnych źródeł promieniowania określa całkowita roczna dawka efektywna. W 2002 roku średnia jej wartość dla mieszkańca Polski wyniosła 3,36 mSv. Największy udział w tej dawce ma promieniowanie naturalne (74,0%) oraz promieniowanie stosowane w diagnostyce medycznej (25,3%).