Pozytywy i negatywy promieniowania ?

Promieniotwórczość - co to jest?

Inaczej – radioaktywność pierwiastków, jest to zdolność emitowania przez nie promieniowania jądrowego w wyniku samorzutnej przemiany jąder atomowych w inne. Promieniotwórczość groźną (do pewnej granicy) dla zdrowia człowieka wykazują wszystkie pierwiastki ciężkie występujące w 7 okresie, oraz promet, polon, astat, radon z 6 okresu i technet z 5 okresu. Pierwiastki te emitują oprócz cząstek α, β, i γ również promieniowanie protonowe i neutronowe (najgroźniejsze).
Promieniotwórczość naturalną odkrył (w rudach uranu) w 1896 r. A.H. Becquerel, a sztuczną β+ w 1934 r. – I. Joliot–Curie (córka M. Sklodowskiej–Curie) i F. Joliot–Curie (syn P. Curie). Pierwszym odkrytym pierwiastkiem promieniotwórczym (i otrzymanym) był polon – M. Skłodowska–Curie i P. Curie w 1898 r.
Zjawisko promieniotwórczości zaobserwował po raz pierwszy francuski uczony Henri Becquerel. 23 listopada 1986r. zawiadomił Akademię Nauk, że kawałki soli uranowej, przechowywane przez sześć miesięcy w zupełnej ciemności wysyłają promienie. Pod wpływem tego promieniowania gazy stają się przewodnikami elektryczności. Było to zjawisko zupełnie dotąd nie znane. Nowe promienie, które nazwano promieniami uranowymi, z miejsca wzbudziły ogromne zainteresowanie fizyków.
Maria Skłodowska poszukiwała wówczas właśnie tematu pracy doktorskiej. Zaciekawienie odkryciem Becquerela, zaowocowało rozpoczęciem badań mających na celu ustalenie, czy inne ciała nie posiadają podobnie jak związki uranu własności emitowania promieni. I rzeczywiście, jednocześnie z niemieckim fizykiem G. C. Schmidtem odkryła analogiczne zjawisko dla toru, przy czym okazało się, że metal ten jest aktywniejszy od uranu. Okazało się, że promieniowanie nie jest bynajmniej swoistą cechą uranu. Trzeba więc nazwać to zjawisko bardziej ogólnie. Skłodowska proponuje miano: promieniotwórczość (radioaktywność), a pierwiastki, które posiadają tę dziwną własność promieniowania (uran i tor) - nazywa promieniotwórczymi (radioelementami).
Maria Curie-Skłodowska.
W lipcu 1898r. polska uczona wraz z mężem ogłosiła odkrycie promieniotwórczego pierwiastka, który Maria nazwała polonem na cześć swojej ukochanej Ojczyzny


Rodzaje promieniowania

Promieniowanie alfa zatrzymywane jest przez zrogowaciałą warstwę naskórka lub kartkę papieru. Stąd zewnętrzne zagrożenie napromieniowaniem tego typu jest bardzo niewielkie. Natomiast po przedostaniu się do ustroju substancji, która wypromieniowuje cząstki alfa, powstaje duże zagrożenie dla narządów, w których substancja ta usadowi się oraz dla najbliższego ich 0otoczenia. Cząstki alfa w porównaniu z promieniowaniem beta, gamma lub X mają największą zdolność jonizacji, powodując tym samym duże uszkodzenia w organizmie. Z tych względów cząstki alfa w skażeniach wewnętrznych są najgroźniejsze.
Promieniowanie beta ma już większą przenikliwość materii. Przenikliwość ta zależna jest, tak jak i w promieniowaniu alfa od energii promieniowania. Promieniowanie beta powoduje mniej uszkodzeń w tkankach niż promieniowanie alfa, ale z powodu większej przenikliwości, przechodząc przez skórę może uszkodzić tkanki narządów leżących głębiej. Zewnętrzne zagrożenie przy promieniowaniu beta jest większe niż przy promieniowaniu alfa. Dla ochrony przed promieniowaniem beta wystarczą cienkie osłony aluminiowe.
Najgroźniejsze ze względu na zewnętrzne narażenie jest promieniowanie X i promieniowanie gamma. Zasięg tego rodzaju promieniowania jest znacznie większy od poprzednich. Aby osłabić promieniowanie X i gamma stosuje się grube osłony z materiału jak np. ołów, żeliwo, beton, baryt.




Jednostki fizyczne charakteryzujące promieniowanie.

Jedną z cech substancji promieniotwórczej jest jej intensywność promieniowania zwana aktywnością promieniotwórczą. Aktywność materiału promieniotwórczego jest równa co do wartości liczbie jąder atomowych, które ulegają rozpadowi w czasie 1 sekundy. Jednostką aktywności jest bekerel [Bq]. (Wcześniej używaną jednostką był kiur Ci. Określano jego wartość przyjmując za wzorzec aktywność 1g radu, co odpowiada 3,7 * 1010 rozpadów promieniotwórczych w ciągu sekundy). Przykłady: 1 litr mleka- ok. 60 Bq, 1 gram radu-37 mld Bq, pięcioletnie dziecko-ok. 600 Bq, dorosły człowiek o wadze 70 kg-ok. 10 tys. Bq, 1 tona skały granitowej-ok. 7 mln Bq, 1 litr wody morskiej-ok. 12 Bq.
Zagrożenie skutkami promieniowania zależy od wartości dawki pochłoniętej. Miarą dawki pochłoniętej przez materię jest energia pochłonięta przez tę materię w procesie napromieniowania, w przeliczeniu na jednostkę masy. Jednostką dawki pochłoniętej jest Grej [Gy] (ilość promieniowania, która przekazuje jednemu kilogramowi materii energię 1 J ; 1 Gy=1J/1kg . Wcześniej używaną jednostką był rad rd. Odpowiada on 100 ergom (10-5 J) energii pochłoniętej przez 1g substancji ).
Biologiczne działanie promieniowania zależy nie tylko od energii pochłoniętej przez każdy kilogram ciała, ale też od rodzaju promieniowania (np. 1 Gy promieniowania a jest 20 razy bardziej niebezpieczny niż 1 Gy promieniowania b lub g). Dlatego też wprowadzono dawkę równoważną. Jej jednostką jest sievert [Sv]. W przypadku promieniowania b, g, X (rentgenowskiego) współczynnik do przeliczeń jest równy jedności. Czyli 1 Gy odpowiada praktycznie 1 Sv. W przypadku promieniowania a czy neutronowego współczynnik jest wyższy i wynosi 10 a nawet 25. Czyli w tym przypadku odpowiednikiem 1 Sv jest już 1/20 Gy.
Cechą charakterystyczną każdego pierwiastka promieniotwórczego jest tzw. okres połowicznego rozpadu T (czas półtrwania). Jest to czas, w którym połowa atomów danego pierwiastka rozpada się. Dla izotopów promieniotwórczych naturalnych pierwiastków czas połowicznego zaniku mieści się w bardzo szerokim przedziale od 10-7 s do 1017 lat. Przykłądy: polon-214(0,164qms), tlen-15(2 min), jod-131(8 dni), kobalt-60(5,3 lat), węgiel-14(5730 lat).
c) Skąd pochodzi promieniowanie na Ziemi
Jedynie 30% ogółu promieniowania na Ziemi pochodzi ze źródeł sztucznych (wytworzonych przez człowieka). Większość stanowią źródła naturalne takie jak promieniowanie kosmiczne czy pierwiastki występujące w glebie.
Napromieniowanie ze źródeł naturalnych - 2,4 mSv
1. Promieniowanie kosmiczne -0,4mSv
2. Promieniowanie z gleby - 0,4 mSv
3. Pierwiastki radioaktywne wchłaniane lub wdychane - 1,6 mSv
Napromieniowanie ze źródeł sztucznych - 1,1 mSv
4. Napromieniowanie pochodzenia medycznego - 1 mSv
5. Działalność przemysłowa - 0,1 mSv
Napromieniowanie pochodzenia medycznego stanowi przeciętną dawkę około 1 mSv bardzo nierównomiernie rozłożoną w populacji. Promieniowanie to pochodzi przede wszystkim z prześwietleń rentgenowskich, czy radioterapii.
Działalność przemysłowa odpowiada przeciętnej dawce około 0,1 mSv, w tym jedynie 0,02 mSv przypada na energię jądrową.
Promieniowanie kosmiczne, jak sama nazwa wskazuje, dochodzi do Ziemi z przestrzeni kosmicznej. Większą jego część stanowi promieniowanie emitowane na Słońcu w drodze przemian jądrowych. Dawka tego promieniowania zmienia się wraz z wysokością, na której się znajdujemy.







Pozytywy promieniowania

Pomimo wielu negatywnych skutków, jakie wymieniłam w mojej pracy promieniowanie posiada także wiele pozytywnych zastosowań. Nie chce ich wszystkich dokładnie opisywać, gdyż jest to temat bardzo szeroki.
Bardzo ważne miejsce w dzisiejszym świecie zajmuje zastosowanie promieniowania jonizującego w medycynie. Większość z nas poznała już jego je, chociażby podczas prześwietleń aparaturą rentgenowską(np. złamanej ręki).

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. Niejednorodnie 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. Jednym z ważniejszych osiągnięć techniki rentgenowskiej jest 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. Innym ważnym zastosowaniem promieniowania w medycynie jest radioterapia. Stosuje się ją w przypadku nowotworów szczególnie czerniaka (nowotwór skóry).
IZOTOPY PROMIENIOTWÓRCZE ZNALAZŁY LICZNE ZASTOSOWANIA W BADANIACH NAUKOWYCH, TECHNICE, PRZEMYŚLE, MEDYCYNIE I WIELU INNYCH DZIEDZINACH LUDZKIEGO DZIAŁANIA.
Radioizotopy znalazły przede wszystkim zastosowanie w śledzeniu różnego rodzaju procesów. Na przykład radiofosforu 15P emitującego promieniowanie beta o energii około. Czas półtrwania tego izotopu wynosi około 14 dni. Otóż radiofosfor będąc izotopem fosforu ma chemiczne właściwości takie jak fosfor, toteż tworzy takie same związki chemiczne, co zwykły fosfor. Jest jednak promieniotwórczy i jego promieniowanie stosunkowo łatwo jest wykryć. Dzięki temu ,,zdradza” swoją obecność, pozwala łatwo wykrywać miejsce, w którym znajduje się. Jeśli będziemy na przykład karmić zwierzęta substancjami zawierającymi obok zwykłego fosforu radiofosfor, to wszystkie procesy fizjologiczne będą zachodziły tak, jakby to był zwykły fosfor, ale jednocześnie będziemy mogli śledzić (np. za pomocą licznika Geigera – Mullera) wędrówkę fosforu w organizmie, co ma duże znaczenie w badaniach jego działania
Podobnie za pomocą promieniotwórczego wodoru 1H, zwanego trytem (T), można śledzić wędrówkę wody podziemnej, co ma duże znaczenie w kopalniach. Wprowadza się mianowicie do płynącej wody H2O ,,wodę trytową” T2O będącą analogicznym związkiem trytu z tlenem i korzystając z tego, że tryt wysyła promieniowanie, śledzi się wędrówkę wody. W tym przypadku konieczne jest pobieranie w różnych miejscach próbek wody, gdyż pośredni pomiar jest utrudniony ze względu na małą przenikliwość emitowanego promieniowania.
Za pomocą radioizotopu 16S (emituje promieniowanie b- o energii około 170 keV) można na przykład badać ścieralność opon samochodowych. Dodaje się przy wyrobie opon nieco radiosiarki do materiału wyjściowego, a potem mierzy się promieniotwórczość śladu opony na szosie (np. przy hamowaniu). Tego typu badania pozwalają doskonalić produkcję

Radiografia, metoda badania wewnętrznej struktury przedmiotów i materiałów wykorzystująca prześwietlenia promieniowaniem jonizującym (Jonizujące promieniowanie, rodzaj promieniowania przenikliwego, strumień wysokoenergetycznych fotonów (promieniowanie gamma lub promieniowanie rentgenowskie). Uzyskany tą metodą obraz nosi nazwę radiogramu.

Bomba kobaltowa, popularna nazwa urządzenia służącego do radioterapii nowotworowej za pomocą naświetlań chorej tkanki dużymi dawkami promieni gamma (gamma promieniowanie). Zawiera zazwyczaj aktywność rzędu 1014 Bq izotopu 60Co.

Badanie tarczycy
Badanie polega na uzyskiwaniu obrazu tarczycy, jej odszczepów pozagruczołowych i przerzutów nowotworowych tej tkanki po dożylnym lub doustnym podaniu dawki izotopu promieniotwórczego - jodu-131 lub technetu-99m. Izotopy te gromadzą się w miąższu tarczycy i w jej guzkach, tym lepiej, im bardziej różnicowana (tj. dojrzała czynnościowo i morfologicznie) jest tkanka guzka
Izotopowa waga, izotopowy miernik grubości, radiometryczny przyrząd służący do pomiaru gęstości powierzchniowej. Składa się ze źródła promieniotwórczego, detektora promieniowania (np. licznika Geigera-Mullera) i przelicznika.Pomiar polega na wyznaczaniu absorpcji promieniowania (na ogół beta) w badanym materiale. Odpowiednia kalibracja przyrządu umożliwia odczytywanie stąd masy absorbenta albo jego grubości (wówczas przyrząd nosi nazwę izotopowego miernika grubości).
Szczególnie popularną technologią stało się napromieniowanie żywności. Stosuje się ją by móc dłużej przechowywać żywność. Na podstawie badań okazało się, że żywność utrwalana radiacyjnie nie jest toksyczna ani też radioaktywna, jednak podobnie jak i inne procesy utrwalające radiacja powoduje pewne zmiany chemiczne w żywności. Ich rodzaj i zasięg zależą od chemicznego składu produktu, dawki promieniowania, temperatury oraz dostępu światła i tlenu podczas napromieniania. Pod wpływem promieniowania jonizującego tworzą się między innymi wolne rodniki i zmniejsza się o 20-60% zawartość witamin A, B1,C i E. Trzeba jednak pamiętać, że podobne zmiany zachodzą w żywności pod wpływem termicznej obróbki lub długotrwałego jej przechowywania.





Poza tym utrwalana radiacyjnie żywność może być napromieniana w trwałym opakowaniu, co skutecznie zapobiega jej wtórnemu skażeniu. Zastosowanie odpowiednich opakowań pozwala napromieniać żywność w różnych warunkach, między innymi w atmosferze beztlenowej, w próżni i niskiej temperaturze. Dobierając odpowiednio warunki w jakich dokonuje się proces napromieniania można np. zmniejszyć straty witaminn lub uniknąć niekorzystnych zmian smakowych w produktach o dużej zawartości tłuszczów. Do napromieniania żywności wykorzystuje się promieniowanie g, przyspieszone elektrony, a niekiedy promieniowanie X. Stosując dawki promieniowania do 1kGy można opóźnić dojrzewanie lub zahamować kiełkowanie w produktach pochodzenia roślinnego, zwalczać szkodniki oraz pasożyty. Napromienianie żywności dawkami do 10kGy inaktywuje bakterie, pleśnie, drożdże i mikroflorę patogenną, co sprawia, że wydłuża się okres jej trwałości i zmniejsza liczba zatruć pokarmowych. Dawki w przedziale 10-50kGy stosowane są do sterylizacji produktów żywnościowych.
Techniki radiacyjne stosowane są w różnych gałęziach przemysłu. Wykorzystuje się je do sterylizacji sprzętu medycznego, modyfikacji polimerów, materiałów oraz przyrządów półprzewodnikowych, do barwienia tkanin, szkła i sztucznych, a nawet naturalnych kamieni. Na świecie ilość produktów wytwarzanych lub modyfikowanych radiacyjnie sięga milionów ton rocznie i ciągle wzrasta.
Zasada stosowania technik radiacyjnych polega na napromieniowaniu materiałów i gotowych wyrobów za pomocą wiązki elektronów lub promieniowania gamma. Przykładem wykorzystania technik radiacyjnych są termokurczliwe rurki i taśmy, które doskonale sprawdzają się jako izolacja elektryczna.
Znajdują one zastosowanie wszędzie tam, gdzie trzeba wykonać trwałe i szczelne połączenia elementów.
Techniki radiacyjne stosuje się w technologii 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%.
Oprócz tego promieniowanie stosuje się w tzw. aparaturze radiomerycznej, którą stanowią różnego rodzaju mierniki, czujniki, detektory i regulatory. W przemyśle metalurgicznym i chemicznym wykorzystuje się grubościomierze. Natomiast mierniki poziomu materiałów ciekłych i sypkich, gęstościomierze umożliwiające zdalną kontrolę i automatyczną regulację procesów technologicznych / np. bezkontaktowy pomiar stężenia kwasu siarkowego / znalazły zastosowanie również w wielu innych gałęziach przemysłu. Jedną z ważniejszych metod wykorzystujących promieniowanie jonizujące - a stosowanych w przemyśle - jest tzw. analiza aktywacyjna, czyli jądrowa analiza składu materiałów. Za pomomocą 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.
Zastosowanie izotopów promieniotwórczych
Pierwiastek Izotop Wykorzystywanepromieniowanie Czas półrozpadu (T1/2) Zastosowanie
Ameryk 241Am alfa 432,7 lat czujniki dymu(instalacje przeciwpożarowe)
Cez 137Cs gamma 30 lat radiografia przemysłowa,bomba cezowa, pomiary grubości
Iryd 192Ir gamma 73,8 lat radiografia przemysłowa
Jod 131I gamma 8 dni badanie tarczycy (medycyna)
Kobalt 60Co gamma 5,3 lat bomba kobaltowa (medycyna),radiografia przemysłowa, urządzeniaradiacyjne, waga izotopowa, sprzętdo pomiaru: grubości, poziomucieczy w zbiornikach.
Pluton 238Pu alfa 87,7 lat stymulatory serca,czujniki dymu
Pluton 239Pu alfa 24000 lat czujniki dymu
Rad 226Ra gamma 1600 lat aplikatory radowe
Tal 204Tl beta 3,8 lat sprzęt do pomiaru grubości
Wodór 3H beta 12,3 lat farby świecące


Negatywy

Promieniowanie jonizujące jest bardzo szkodliwe i niebezpieczne dla organizmu człowieka. Ponieważ obecnie w coraz większym zakresie stosuje się w najrozmaitszych produkcjach przemysłowych reaktory na promieniotwórczości, toteż liczba narażonych osób gwałtownie wzrasta. Rodzaj, wielkość i szybkość występowania uszkodzeń zdrowia zależy od dawki napromieniowania, mierzonej w rentgenach.
Promienie jonizujące działają szkodliwie na organizmy żywe, gdyż w wyniku jonizacji zostają zapoczątkowane reakcje chemiczne, powodujące m.in. poważne zmiany w budowie substancji organicznych komórki, decydujących o jej życiu i rozwoju, w wyniku czego zachodzą w organizmie poważne zmiany uszkadzające. Jonizacja wywołuje zaburzenia biochemiczne spowodowane zmianą składu chemicznego i mechanizmu przemiany materii. Stwierdzono upośledzone wchłanianie tłuszczu z przewodu pokarmowego, zaburzenia w przemianie białkowej, szybkie unieczynnianie się niektórych enzymów i wzrost aktywności innych, upośledzoną syntezę kwasu dezoksyrybonukleinowego, jednego z podstawowych składników wszystkich komórek. Jest ono szczególnie szkodliwe dla krwi, komórek narządów rozrodczych i komórek młodych. Może wywoływać złośliwienie procesów rozmnażania komórek, prowadzące do powstawania nowotworów złośliwych, np. raka skóry, kości lub narządów wewnętrznych. Promienie alfa, beta, gamma wywołują również oparzenia skóry, podobne do termicznych, z takimi objawami, jak rumień, pęcherze i martwica, ale znacznie trudniejsze do wygojenia. U kobiet występują zaburzenia miesiączkowania i ciąży.
Wybiórcze i energiczne działanie uszkadzające tego promieniowania na młode, intensywnie rozmnażające się tkanki wykorzystano w lecznictwie przeciwrakowym. Promienie X w dużej dawce mogą wywołać jaskrę, zapalenie rogówek, zaćmę.
ateriał promieniotwórczy – wchłonięty z powietrzem w postaci np. par lub pyłów izotopów wapnia, strontu, czy też po skażeniu skóry i błon śluzowych albo połknięty – nie rozkłada się równomiernie we wszystkich tkankach, tylko ma tendencję do odkładania się w tej tkance, do której ma szczególne powinowactwo. Na przykład izotopy wapnia i strontu odkładają się w kościach, jodu w tarczycy, a żelaza w krwinkach czerwonych. W następstwie w tej właśnie tkance lub narządzie koncentruje się działanie stosunkowo nieznacznych frakcji danego izotopu. Z tego tkankowego niejako magazynu izotopowego zaczyna stale wydalać się właściwe danemu izotopowi promieniowanie, takimi porcjami, które są właściwe dla naturalnego rozpadu tegoż izotopu. Izotopy promieniotwórcze tych pierwiastków, które słabo i powoli rozpuszczają się w sokach ustrojowych, jeśli dostaną się do organizmu z powietrzem pozostają po adsorpcji przez długi czas w płucach i stamtąd działają. Ponieważ nabłonek dróg oddechowych odznacza się szczególną wrażliwością na promieniowanie, często w oskrzelach powstają popromienne nowotwory złośliwe.