Zastosowanie pierwiastków promieniotwórczych.

Wyróżnia się dwa rodzaje promieniotwórczości:

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ:

- SZTUCZNA
zjawisko promieniotwórczości obserwowane dla izotopów promieniotwórczych innych niż występujące w naturalnym środowisku ziemi, otrzymanych najczęściej w wyniku aktywacji izotopów stabilnych.

- NATURALNA
zjawisko obecności w środowisku naturalnym substancji promieniotwórczych niezależnie od działalności człowieka (w odróżnieniu od skażeń promieniotwórczych). W środowisku można zaobserwować ponad 60 izotopów promieniotwórczych.


POKOJOWE:

1. ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE:

* diagnoza chorób;

* badanie wpływu leków na organizm
- np.: izotop 99Tc w postaci związku chemicznego wprowadza się do organizmu i śledzi jego drogę przez poszczególne narządy; w ten sposób bada się funkcjonowanie narządów;

* aparatura rentgenowska
- zdjęcia rentgenowskie przy zwichnięciach czy złamaniach; zasada jej działania jest bardzo prosta i polega na tym, że wiązka promieni X przenikając przez badany narząd ulega osłabieniu, ponieważ część promieni zostaje pochłonięta przez tkankę. Narządy zbudowane z tkanek o różnej gęstości, w różnym stopniu pochłaniają wiązkę promieniowania. Niejednokrotnie osłabiona wiązka promieni X trafia na kliszę fotograficzną i powoduje jej zaciemnienie proporcjonalnie do stopnia osłabienia. W ten sposób na kliszy fotograficznej uzyskujemy obraz badanego narządu.

* radioterapia:
-stosuje się ją w przypadku nowotworów szczególnie czerniaka (nowotwór skóry);
do leczenia nowotworów stosuje się naświetlanie wysyłane przez izotopy Cs, Co, Ra (tzw. bomba kobaltowa, igły radowe).

-jod 131 stosuje się do leczenia tarczycy;

* balneologia
- w uzdrowiskach (na przykład leczniczych kąpieli lub inhalacji z zastosowaniem Rn)

* tomografia komputerowa,
-sterowany komputerem proces wykonywania kolejnych zdjęć badanego narządu w różnych płaszczyznach i pod różnym kątem pozwala uzyskiwać warstwowy obraz, przedstawiający bardzo dokładne nawet niewielkie zmiany chorobowe.

* szybkość tworzenia się substancji kostnej
oraz wpływ na ten proces witaminy D i hormonu wydzielanego przez gruczoły przytarczyczne, można zbadać dzięki promieniotwórczym wapniu (45Ca);

* wyjaśnienie szczegółów metabolicznej aktywności komórek,
zawdzięczamy zastosowaniu substancji „znakowanych” izotopami, np. cukru znakowanego przez wprowadzenie na miejsce zwykłego węgla (12C) węgla promieniotwórczego (11C lub 14C) bądź węgla ciężkiego (13C).

* długotrwałe baterie do zasilania regulatora rytmu serca,
stosowany jest tu Pluto-238;


2. TECHNIKA RADIACYJNA:

* sterylizacja sprzętu medycznego;

* modyfikacji polimerów, materiałów oraz przyrządów półprzewodnikowych;

* barwienie:
- tkanin,
- szkła,
- sztucznych oraz naturalnych kamieni;

* analiza aktywacyjna,
czyli jądrowa analiza składu materiałów; za pomocą tej metody można określić lub wykryć zanieczyszczenia, określić ilościową zawartość metali ciężkich w odpadach, azotu w ziarnach, nawozach sztucznych itd.; jej zaletą jest możliwość oznaczania jednocześnie wielu pierwiastków.

* wytwarzanie termokurczliwych rurek i taśm,
które doskonale sprawdzają się jako izolacja elektryczna; znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie trzeba wykonać trwałe i szczelne połączenia elementów;

* technologia oczyszczania gazów odlotowych z instalacji spalających,
m.in.: węgiel (napromieniowanie gazów wiązką elektronów powoduje zredukowanie emisji dwutlenku siarki o 95%, a tlenków azotu o 80%);

* zastosowanie promieniowania w tzw.: aparaturze radiometrycznej,
którą stanowią różnego rodzaju mierniki np. poziomu materiałów ciekłych i sypkich; czujniki; detektory; regulatory; gęstościomierze umożliwiające zdalną kontrolę i automatyczną regulację procesów technologicznych ( np. bezkontaktowy pomiar stężenia kwasu siarkowego)

* badanie mechanizmów złożonych reakcji organicznych,
jest to najbardziej rozpowszechnione zastosowanie; na przykład stosując do asymilacji przez rośliny promieniotwórczy CO2 (znaczony 146C), można było zbadać przemianę podczas fotosyntezy, od CO2 do węglowodanów.

3. INNE:

* napęd wielu pojazdów:
- np.: w transporcie wodnym (reaktory takie mogą w przypadku zatopienia okrętu stanowić potencjalne źródło poważnego skażenia środowiska pierwiastkami promieniotwórczymi stanowiącymi ich paliwo);

* izotop węgla 14C zastosowano jako zegar archeologiczny, datowanie,
na podstawie znajomości pierwotnego stężenia tego izotopu oraz okresu połowiczego rozpadu, określa się wiek wykopalisk archeologicznych, minerałów, skał, Ziemi, zabytków starożytnych kultur, w których znajdują się szczątki zawierające związki węgla;

MILITARNE:

* bomby atomowe, jądrowe, termojądrowe, neutronowe;

* reakcje rozszczepienia jąder pierwiastków promieniotwórczych
przebiegają w sposób niekontrolowany wykorzystuje się je do produkcji broni masowego rażenia. W czasie wybuchu uwalnia się ogromna energia. Podczas zrzucenia bomb na Hiroszimę i Nagasaki wiele osób zmarło od razu, a u innych choroba popromienna rozwinęła się po kilku latach wystąpiły u nich skutki późne. Są to:
- przedwczesne starzenie
- skrócenie życia
- niedokrwistość
- białaczka
- nowotwory
- zaćma; , katarakta – choroba oczu;
- choroba popromienna objawiająca się biegunką i nudnościami;
Dlatego też produkcja i stosowanie izotopów powinna się odbywać pod ścisłą międzynarodową kontrolą.

* pierwiastki promieniotwórcze negatywnie działają na organizmy
, również na człowieka. W wyniku pochłonięcia przez organizm dużych dawek promieniowania może wystąpić białaczka ? nowotwór krwi, katarakta ? choroba oczu, oraz choroba popromienna objawiająca się biegunką i nudnościami.

* awarie w elektrowniach jądrowych mogą być przyczyną katastrof,
np. w 1986 roku wybuch w Czarnobylu nastąpiła awaria reaktora jądrowego, która doprowadziła do wybuchu, w efekcie, czego do atmosfery dostały się radioaktywne izotopy 131I oraz 137Cs, skażając znaczną część Europy.

* duży problem w wypadku energetyki jądrowej stanowią także odpady promieniotwórcze, powstające jako efekty działania reaktorów. (Istnieje niebezpieczeństwo, że dostaną się do środowiska).

* poważne niebezpieczeństwo dla środowiska
ma też nieodpowiedzialne unieszkodliwianie i gromadzenie odpadów przemysłowych zawierających substancje promieniotwórcze, głównie w hutnictwie. (Składowanie na hałdach, mogą przedostać się do powietrza i do wody, a wraz z jej obiegiem do gleby i organizmów).



Izotopy pierwiastków promieniotwórczych służą też do badania wód, procesów zachodzących w korytach rzek czy na dnie morskim, do badania szczelności zapór wodnych czy podziemnych rurociągów. Innymi słowy - wszędzie tam, gdzie zawodzą zmysły człowieka lub nie jest on w stanie dotrzeć np. do wnętrza materiałów, warstw ziemi, w głąb masywnych konstrukcji czy budowli, a przede wszystkim do wnętrza własnego organizmu - znajdują zastosowanie izotopy.

Ogromne znaczenie miały te odkrycia dla medycyny. Obok radioterapii, która spowodowała rewolucję w zwalczaniu nowotworów, pojawiła się medycyna nuklearna. Wykorzystuje ona radioaktywne izotopy, które wprowadzane do organizmu człowieka, pozwalają śledzić procesy życiowe, wykrywać schorzenia i znajdować skuteczne metody leczenia.

Główne jego źródła to: broń jądrowa i eksplozje doświadczalne, energetyka jądrowa (elektrownie, statki, łodzie podwodne), przemysł używający technologii jądrowej (ciężki, chemiczny, spożywczy), metody radiacyjne używane w celach badawczych w górnictwie, geologii itp. łącznie z naukami biologicznymi i medycznymi.


Napromieniowywanie produktów rolno – spożywczych:

Cel napromieniowania, Dawka [kGy], Produkty

1. Hamowanie kiełkowania 0,05 – 0,15 Ziemniaki, cebula, czosnek
2. Zwalczanie szkodników i pasożytów (dezynsekcja) 0,15 – 0,50 Ziarno zbożowe, warzywa
strączkowe, suszone owoce.
3. Opóźnienie procesów fizjologicznych (np. dojrzewania) 0,50 – 1,0 Świeże warzywa i owoce
4. Przedłużenie okresu przechowywania 1,0 – 3,0 Świeże ryby, truskawki, pieczarki, itd.
5. Inaktywacja mikroorganizmów patogennych i powodujących psucie się żywności 1,0 – 7,0
świeże i mrożone produkty morskie, świeży lub mrożony drób, mięso, pasze dla drobiu, itd
6. Obniżenie zawartości mikroorganizmów (wyjaławianie) 2,0 – 10,0 Przyprawy i zioła,
preparaty białkowe i enzymatyczne, żelatyna, kazeina, glukoza, plazma krwi, guma arabska.


Dokładne zastosowanie izotopów promieniotwórczych:

Pierwiastek – Izotop – promieniowanie - Czas półrozpadu (T1/2) –Zastosowanie

Ameryk – 241 – alfa - 432,7 lat - czujniki dymu(instalacje przeciwpożarowe)
Cez - 137 – gamma - 30 lat radiografia przemysłowa, bomba cezowa, pomiary grubości
Iryd - 192 - gamma - 73,8 - lat radiografia przemysłowa
Jod – 131 - gamma - 8 dni - badanie tarczycy (medycyna)
Kobalt - 60 - gamma - 5,3 lat - bomba kobaltowa (medycyna),radiografia przemysłowa,
urządzenia radiacyjne, waga izotopowa, sprzęt do pomiaru:
grubości, poziomu cieczy w zbiornikach.
Pluton - 238 - alfa - 87,7 lat - stymulatory serca, czujniki dymu
Pluton – 239 - alfa - 24000 lat - czujniki dymu
Rad - 226 - gamma - 1600 lat - aplikatory radowe
Tal - 204 - beta - 3,8 lat - sprzęt do pomiaru grubości
Wodór – 3 – beta - 12,3 lat - farby świecące




PODSUMOWANIE

Z wymienionych korzyści i zagrożeń, jakie dla ludzkości i świata wynikają z istnienia zjawiska promieniotwórczości naturalnej i możliwości wywołania sztucznej, wypływa wniosek, że wszystko zależy od człowieka. Dzięki rozwijającej się cywilizacji, wyposażony w coraz doskonalszą aparaturę badawczą i wiedzę naukowców całego świata, ma szansę na znowelizowanie złych skutków promieniotwórczości i wykorzystanie energii jądrowej dla dobra przyszłości naszej planety.