Promieniotwórczość - zagrożenia i zastosowania

W wyniku rozpadu jąder oraz w reakcjach jądrowych powstają neutrina, neutrony, protony, jądra oraz fragmenty jąder cięższe od jąder atomu helu. W wyniku tych reakcji powstają także promieniowania a, b i g. Rozpadowi alfa ulegają najczęściej ciężkie pierwiastki promieniotwórcze oraz niektóre izotopy promieniotwórcze pierwiastków ziem rzadkich. Rozpad alfa polega na przeniknięciu przez barierę potencjału, istniejącą wokół jądra, cząstki alfa uformowanej uprzednio w jądrze. Przeniknięcie takie możliwe jest dzięki efektowi tunelowemu. Cząstki alfa emitowane przez dane jądro promieniotwórcze mają ściśle określone energie. Rozpad beta jest to rozpad jądra promieniotwórczego, w wyniku, którego z jądra emitowany jest (rozpad beta minus) elektron (negaton) i antyneutrino elektronowe lub (rozpad beta plus) pozyton i neutrino elektronowe. Rozpad β obserwuje się również dla cząstek elementarnych, np. rozpad neutronu na proton, elektron i antyneutrino elektronowe. Ze względu na emisję dwóch ciał (cząstka beta i neutrino) z jądra w rozpadzie beta obserwuje się ciągłe widmo energii emitowanych cząstek beta o, typowej dla danego rozpadu, energii maksymalnej. Rozpady beta zachodzą poprzez oddziaływanie słabe.

Cząsteczki i promieniowania oddziaływuja różnie na różną materię. Są to oddziaływania elektromagnetyczne oraz jądrowe. Jedne są silne inne słabe, zależnie od rodzaju cząsteczek.
a) ciężkie cząstki naładowane (protony, cząstki a, ciężkie jądra) - wszystkie typy oddziaływań,
b) elektrony – oddziaływanie elektromagnetyczne,
c) miony – właściwości podobne do elektronów, lecz znacznie silniejsze oddziaływanie,
d) promieniowanie g - oddziaływanie elektromagnetyczne,
e) pozyton – może ulegać anihilacji, czyli zamianie pary czastka-antycząstka zmienia się w inne cząstki elementarne,
f) neutron – silne oddziaływanie jądrowe oraz reakcje z jądrami materii,
g) neutrina – słabe oddziaływanie jądrowe,

Promieniotwórczość ma szerokie zastosowanie we współczesnym świecie. Jest ona niezbędna do rozumienia mikro i makro świata, a także procesów zachodzących w gwiazdach, a przez to ewolucji wszechświata. Pierwszym, który wykorzystał promieniotwórczość i rozszczepienie atomu był Enrico Fermi, który w 1942 roku zbudował reaktor jądrowy, doprowadził do pierwszej w historii kontrolowanej reakcji łańcuchowej, co stało się kamieniem milowym w dotychczasowej fizyce. Dzięki tej reakcji udało się stworzyć bombę atomową, gdzie wykorzystywana jest reakcja rozszczepienia jąder uranu-233 lub plutonu-239. To z kolei pozwoliło na wynalezienie bomby termojądrowej, w której skład wchodzi bomba jądrowa. Powstały tez bomby kobaltowe oraz neutronowe. Ale promieniotwórczość znalazła zastosowanie nie tylko w produkcji niszczycielskiej broni. Reaktory jądrowe używane są jako źródła napędu statków i okrętów. Jest to korzystne ze względu na długość przebywania pod powierzchnia wody- mogą one być w zanurzeniu przez czas nieokreślony oraz osiągać znacznie większe rozmiary od tych napędzanych tradycyjnie. Takie źródła napędu są nie tylko w okrętach wojskowych, ale również u statków, np. lodołamaczy. Mimo wielu korzyści takie rozwiązanie może stanowić zagrożenie dla środowiska, w przypadku np. zatopienia takiego obiektu. Reaktory jądrowe wykorzystuje się w elektrowniach jądrowych do produkcji energii. Elektrownie takie wytwarzają tanią i czystą energię. Wbrew pozorom ilość emitowanych przez nie izotopów promieniotwórczych jest znacznie mniejsza od ilości emitowanej przez elektrownie węglowe. Jedynym minusem elektrowni jądrowych jest fakt wytwarzania odpadów promieniotwórczych, których dziś człowiek nie potrafi zniszczyć. Jednak to nie jedyne zastosowanie promieniotwórczości. Powszechnie wykorzystuje się ją w medycynie, jej odkrycie wywołało prawdziwą rewolucję, a obecna medycyna w wielu dziedzinach opiera się na promieniotwórczej zdolności pierwiastków. Używałem już pojęcia „bomba kobaltowa”, jednak termin ten oznacza też urządzenie, służące do napromieniowywania przedmiotów lub organizmów żywych. Aparat taki służy do leczenie nowotworów, celów diagnostycznych(m. in. wykrywania uszkodzeń kości), do sterylizacji żywności, defektoskopii, chemii radiacyjnej. Do leczenie nowotworów wykorzystuje się też promieniowanie wysyłane przez izotopy radu (tzw. igły radowe). Wykorzystując promieniotwórczość bada się także funkcjonowanie narządów wewnętrznych pod wpływem danych leków, przez wprowadzenie do organizmu technetu-99 w postaci związku chemicznego i śledzenie jego drogi przez poszczególne narządy. Izotopy promieniotwórcze maja zastosowanie w radiografii. Metoda analizy radiograficznej polega na wykorzystaniu promieniowania jonizującego (rentgenowskiego, gamma) do badania struktury materiałów i wyrobów. Na kliszy fotograficznej, umieszczonej po przeciwnej stronie w stosunku do źródła promieniowania badanego obiektu lub na ekranie fluoryzującym są widoczne szczegóły badanego przedmiotu. Pozwala to wykryć uszkodzenia wewnętrzne przedmiotu. Jest to możliwe ze względu na to, że pęknięcia, szczeliny w odlewach inaczej pochłaniają promieniowanie jonizujące niż materiał, z którego dany obiekt został wykonany. Defektoskopia zajmuje się natomiast wykrywaniem pęknięć i innych uszkodzeń w metalu. Defektoskopia jest stosowana także w przemyśle maszynowym, stoczniowym, lotniczym i chemicznym. W hutach i fabrykach stosuje się prześwietlanie rentgenowskie, jednak bardziej opłacalna jest metoda defektoskopii izotopowej gdzie wykorzystuje się Co, Cs, Ir, Tm lub mieszaniny Eu i Eu jako źródła promieniowania gamma (defektoskopia gamma). Następnym zastosowaniem promieniotwórczości jest tzw. „datowanie”, polegające na określaniu wieku m.in. skał, wykopalisk archeologicznych, Ziemi. Stosuje się np.„zegar helowy”, na podstawie zawartości helu w badanym obiekcie, ale najczęściej „zegarem archeologicznym” jest izotop węgla-14. Ale to nadal nie wszystkie zastosowania promieniotwórczości. Należy wymienić także wykrywanie zbiorników wodnych i wód gruntowych, sterylizację żywności i sprzętu, wykorzystanie w czujnikach dymu, gęstościomierzach, miernikach grubości i wykrywaniu skażenia wód i zanieczyszczenia środowiska oraz jego usuwaniu. Promieniowanie izotopowe wpłynęło też na rozwój górnictwa.

Jest kilka powodów, które przemawiają przeciw promieniowaniu. Są to:
a) 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. Dlatego też produkcja i stosowanie izotopów powinna się odbywać pod ścisłą międzynarodową kontrolą.
b) pierwiastki promieniotwórcze negatywnie działają na organizmy, również na człowieka. W wyniku pochłonięcia przez organizm dużych dawek promieniowania może wystąpić białaczka, nowotwór krwi, choroba oczu, oraz choroba popromienna. Elektrony i fotony uszkadzają tkankę chorą, ale także zdrową, przez którą przechodzi promieniowanie. W organizmie niszczone są komórki oraz następują zmiany genetyczne.
c) 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.
d) duży problem w wypadku energetyki jądrowej stanowią także odpady promieniotwórcze, powstające jako efekty działania reaktorów. (Istnieje niebezpieczeństwo, że dostaną się do środowiska).
e) 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).
f) 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);

Jednak moim zdaniem ludzie mogą a nawet powinni wykorzystać energię jądrową dla dobra naszej planety a nie budować z jej udziałem broni i urządzeń, które mogą zniszczyć Ziemię.

Co to jest dozymetria? Dozymetria jest działem fizyki technicznej zajmującym się metodami pomiaru i obliczaniem dawek promieniowania jonizującego. Dozymetria bada wpływ różnych rodzajów promieniowania (cząstek naładowanych, fotonów, neutronów) z materią. Do pomiarów dozymetrycznych służą urządzenia zwane dozymetrami (dawkomierzami), które stanowią odpowiednio wycechowane detektory promieniowania jonizującego. W celu ochrony życia i zdrowia ludzi przed promieniowaniem zostały ustalone dopuszczalne dawki promieniowania jonizującego. W zakładach pracy, w których wykorzystywane są źródła promieniotwórcze, obowiązują odpowiednie normy. Są one dostosowane do rodzajów promieniowania i podlegają ciągłym zmianom, wraz z postępem wiedzy na temat szkodliwego wpływu promieniowania na organizmy żywe.