Promieniotwórczość

Co to jest promieniotwórczość?
Promieniotwórczość (radioaktywność) jest to zjawisko samoistnej przemiany jednych jąder atomowych w inne. Głównymi procesami odpowiedzialnymi za promieniotwórczość są: rozpad beta, rozpad alfa, wychwyt elektronu, spontaniczne rozszczepienie.
Istnienie promieniotwórczości w przyrodzie (promieniotwórczość naturalna, tło promieniowania przenikliwego) odkrył w roku1896 H. A. Becquerel. Pierwszymi jej badaczami byli Maria Skłodowska-Curie i Piotr Curie. Stwierdzili oni brak wpływu czynników fizykochemicznych (ciśnienia, temperatury, postaci chemicznej, pola elektromagnetycznego itp.) na przebieg zjawisk promieniotwórczości, tj. na opisujące je prawo rozpadu.

Promieniotwórczość naturalna
Promieniowanie naturalne, w skład którego wchodzi promieniowanie kosmiczne, promieniowanie β oraz γ emitowane przez skały, stanowi tło, w którym rozwinęło się życie, choć jest możliwe, że wywołuje ono uszkodzenia genetyczne. Jednakże w trakcie ewolucji żywe tkanki wypracowały mechanizmy naprawy genów.
Żywą uwagę zwróciły na siebie same promieniowania pierwiastków. Badania wykazały, że są one trojakiego rodzaju. Oznaczano je kolejnymi literami alfabetu greckiego:
Promienie α okazały się strumieniem cząstek α, a więc jąder atomowych helu- cząstek obdarzonych podwójnym dodatnim ładunkiem elektrycznym. Są to cząstki o dodatnim ładunku (+2) i masie równej: 4u.
Promienie β okazały się rojem pędzących elektronów, a zatem cząstek obdarzonych pojedynczym, ujemnym ładunkiem elektrycznym. Są to elektrony odkryte przez Thomsona.
Promienie γ okazały się promieniowaniem elektromagnetycznym podobnym do promieni Rntgena. Ma ono jednak większa energię i dlatego jest bardziej przenikliwe i łatwiej przechodzi przez materię.
Skąd pochodzą promienie α, β i γ? Z samych jąder atomowych. Są to jądra pierwiastków promieniotwórczych, mają nietrwałą budowę wskutek nadmiaru bądź neutronów, bądź protonów. Promieniowania towarzyszą rozpadowi radioaktywnych jąder.
Zagrożenie związane z promieniowaniem
Po awarii w Czarnobylu, która na dużych połaciach ziemskiego globu rozprzestrzeniła ogromną ilość ciał promieniotwórczych, miliony ludzi poczuły się zagrożone. Możliwe, że kilkadziesiąt tysięcy spośród nich w wyniku awarii zachorowało lub zachoruje na raka. Zasiała ona strach przed niemal nieodwracalnym skażeniem promieniotwórczym planety na najbliższe tysiące lat.
Dyskusje nad szczególnymi zagrożeniami ze strony energetyki jądrowej powinny opierać się na poważnej ocenie skutków promieniowania emitowanego przez ciała radioaktywne o długim czasie rozpadu.
Zmiany naturalnego promieniowania w zależności od położenia geograficznego lub wysokości wystarczają, by nie brać poważnie takich pseudonaukowych wywodów, lecz oszacowanie wpływu niewielkich dawek na ludzki organizm jest ważne za społecznego punktu widzenia, a kontrowersyjne przewidywania, które z niego wynikają, wywołują polemiki. Zrozumienie względnej ważności wszystkich źródeł promieniowania oraz ich skutków dla zdrowia jest rzeczą użyteczną.

Pochodzenie i powstawanie promieniowania
Odkąd na naszej planecie istnieje życie, kąpiemy się w strumieniach promieniowania. Pochodzi ono z promieni kosmicznych lub pierwiastków promieniotwórczych zawartych w skałach. Zwiększa się wskutek stosowania radiologii medycznej oraz niektórych metod przemysłowych, czy wojskowych.
Na Ziemię docierają cząstki o bardzo dużej energii. W wysokich warstwach atmosfery wywołują one reakcje jądrowe, które są źródłem cząstek o wielkiej różnorodności; większość z nich- poza mionami i neutronami- ulega pochłonięciu w powietrzu, zanim dotrą do powierzchni Ziemi. Proton o bardzo wielkiej energii, wpadający do atmosfery , poza znanymi cząstkami, jak elektrony i neutrony, wytwarza kaskadę cząstek o tajemniczych nazwach, opatrzonych greckimi literami, jak μ, ν, γ. Wskutek różnorodności wytwarzanych cząstek już dawno wyczerpał się alfabet grecki, więc trzeba było sięgnąć do alfabetu hebrajskiego.
Na dużej wysokości promieniowanie jest dużo intensywniejsze niż na poziomie morza. Na wysokości szczytów gór są elektrony, promieniowanie γ, czyli promieniowanie rentgenowskie o dużej energii, a na wysokości lotu „Concorde” są między innymi protony, neutrony i piony.

Promieniotwórczość sztuczna
Oprócz promieniotwórczości naturalnej trzeba także wziąć pod uwagę promieniowanie ciał radioaktywnych, wydobywanych na powierzchnię Ziemi we wszelkiego rodzaju kopalnictwie. Zawartość tory i uranu w pewnych rudach o dużym znaczeniu handlowym jest znacznie większa niż średnio w skorupie ziemskiej.
Ponieważ wszystkie organizmy żywe podlegają działaniu strumieni promieniowania jonizującego, na ogół pochodzenia naturalnego, jest rzeczą normalną porównać pochodzące z ludzkiej działalności nadwyżki do tego nieuniknionego tła, które bez wątpienia zmusiło żywe organizmy- od czasów ich pojawienia się na naszej planecie przed miliardami lat- do ukucia całego arsenału skutecznych mechanizmów obronnych.

Wykorzystanie promieniowania w praktyce
Nasze społeczeństwa masowo używają promieniowania do najrozmaitszych celów: radiologii medycznej i przemysłowej, walki z nowotworami złośliwymi, sterylizacji żywności. Symptomatyczny dla często irracjonalnego strachu przed promieniowaniem jest fakt, że gdy duże hurtownie żywności, które zaopatrują stołówki wielkich zakładów pracy, używają do sterylizacji swych produktów intensywnych źródeł promieniowania γ, starają się zachować w tajemnicy stosowaną metodę; chociaż na zabezpieczoną żywność nie można przenieść żadnej promieniotwórczości, niektórzy klienci z rezerwą podchodziliby do jedzenia napromienionych produktów, do tego bowiem stopnia słowa „jądrowy” lub „promieniowanie” nabrały demonicznej mocy i sieją strach.

Oddziaływanie promieniowania na organizm człowieka i jego promieniotwórczość
Większość naturalnych cząstek reagujących z atomami ludzkiego ciała wybija elektrony z powłok atomowych; stąd bierze się ich nazwa „promieniowanie jonizujące”- działają one wszystkie mniej więcej w taki sam sposób na cząsteczki materii ożywionej. Różnice dotyczą zdolności niszczenia żywych komórek, gdy promieniowanie składa się z ciężkich i wolnych cząstek, jak cząstki α, czyli jądra helu, lub cząstek lekkich i szybkich, jak elektrony i promieniowanie γ. Biolodzy przypisują promieniowaniu wykorzystywanemu w radiologii i radioterapii współczynnik skuteczności biologicznej Q.
Duże dawki promieniowania mobilizują żywe organizmy do obrony przed promieniowaniem, podczas gdy działanie małych dawek jest bardziej podstępne, czyli groźniejsze.
Gdy dodamy różne źródła naturalnego promieniowania, ludność na całym świecie otrzymuje rocznie po 2,4 milisiwerta, z czego niemal jedna trzecia bierze się z wdychania radonu. Jest to rzadki gaz promieniotwórczy, wydzielany przez skały zawierające uran. Jest on obecny w wielu budynkach mieszkalnych, lecz jak dotąd nie udało się zmierzyć skutków jego działania.
Prześwietlenia lekarskie odpowiadają średnio połowie promieniowania naturalnego, oczywiście z dużymi wahaniami zależnie od osoby.
Dawka zmierzona na powierzchni ciała otrzymane w wyniku zwykłego prześwietlenia waha się od 3 mSv do 10 mSv.
Gdyby umieścić istotę ludzką wewnątrz detektora tak skonstruowanego, by mierzył energię promieniowania γ, które ona emituje , można zmierzyć natężenie tego promieniowania i zidentyfikować pierwiastek promieniotwórczy, który jest jego źródłem. Odkrywamy w ten sposób, że połowa promieniowania γ jest emitowana przez potas.
Czasem można zaobserwować wychodzące z ciała ludzkiego promieniowanie γ cezu. Jest to pierwiastek promieniotwórczy o czasie połowicznego rozpadu równym 30 lat , który szeroko rozprzestrzenił się na Ziemi w wyniku wybuchów jądrowych w atmosferze. Część odłożyła się w ciałach ludzi. Natężenie promieniowania γ, które wydobywa się z ciała ludzkiego jest na tyle słabe, by nie wzbudzać niepokoju wśród ludzi.

Uran
Sole metalu uranu wykazują szczególną zdolność do luminescencji. W toku doświadczeń okazuje się, że związki te powodują zaczernienie klisz nawet wtedy, gdy sole przez całe miesiące znajdowały się w ciemnościach. Stąd nasunął się wniosek, iż nieznane promieniowanie wysyłane jest przez uran.
Maria Curie w krótkim czasie doszła do wniosku, iż to raczej nie uran wysyła promienie, lecz jakieś ciała w nim zawarte. Wraz ze swym mężem Piotrem Curie wyodrębniła z uranu związki, które promieniowały znacznie silniej niż metal. Ostatecznie małżonkowie Curie zdołali wydzielić dwa nowe, nieznane dotąd pierwiastki promieniotwórcze, które nazwali polonem.