Wstęp

Promieniotwórczość dzielimy na:

- promieniotwórczość naturalna, która następuje w czasie przemian jądrowych izotopów radioaktywnych występujących w środowisku naturalnym. W środowisku naturalnym występuje ponad 60 izotopów radioaktywnych.

- promieniotwórczość sztuczna, która zachodzi w jądrach atomów pierwiastków radioaktywnych otrzymywanych sztucznie. Ma miejsce bombardowanie cząstkami alfa oraz beta jąder stabilnych pierwiastków.

Zastosowanie promieniowania

  1. Medycyna

- izotopy pierwiastków promieniotwórczych są stosowane w metodach diagnostycznych wielu chorób (m.in. diagnostyka rentgenowska);

- są prowadzone badania mające na celu wykazać wpływ lekarstw na organizm ludzki. Izotop 99Tc jest wprowadzany do organizmu człowieka w postaci związku chemicznego. Będąc w organizmie jest nieustannie monitorowany. Dzięki temu możemy zbadać funkcjonowanie określonych narządów;

- bomba kobaltowa oraz igły radowe są stosowane w leczeniu chorób nowotworowych (radioterapia). W tym przypadku stosuje się naświetlenie, które jest wysyłane przez izotopy Ra, Co, Cs;

- balneologia, stosowana w uzdrowiskach. Są to kąpiele lecznicze i inhalacje. Stosowany jest w tych zabiegach Rn;

- jod 131 jest stosowany w leczeniu tarczycy. Niekorzystny wzrost tkanki tarczycowej może spowodować nadczynność tarczycy. Wydzielana jest nadmierna ilość hormonów. W czasie leczenie wstrzykiwany jest izotop jodu (tarczyca jest w stanie wchłaniać jod) ze znanym okresem połowicznego rozpadu. Ziszczeniu ulega nadmiar tkanki;

- wyjaśnienie metabolicznej aktywności komórki poprzez wprowadzenie w miejsce węgla 12C węgla promieniotwórczego 11C, ewentualnie 14C. W taki sposób oznaczona substancja jest wstrzykiwana poddawanej badaniu roślinie lub zwierzęciu. Jesteśmy w stanie wyhodować w tym celu odpowiednie komórki. Dzięki temu jesteśmy w stanie dokładnie monitorować krok po kroku kolejne procesy, którym ulega oznakowana substancja;

- długotrwałe baterie wykorzystywane w regulatorach rytmu serca (pluton 238);

- szybkość tworzenia substancji kostnej i wpływ witaminy D oraz hormonu wydzielanego przez tarczycę, jesteśmy w stanie zbadać dzięki radioaktywnemu wapniu (45Ca). Dzięki zastosowaniu tej metody jesteśmy w stanie rozwikłać wiele tajemnic, które kryje biologia;

- sprzęt rentgenowski (zdjęcia rentgenowskie). Strumień promieniowania X ulega osłabieniu podczas przenikania przez określony narząd, gdyż promieniowanie to zostaje pochłaniane przez tkanki. Ilość promieniowania pochłonięta przez tkanki jest uzależniona od ich gęstości. Następnie osłabiony strumień promieni X pada na kawałek kliszy fotograficznej powodując jej zaczernienie, które jest proporcjonalne do osłabienia promieni rentgenowskich. W taki właśnie sposób otrzymujemy zdjęcie rentgenowskie badanej części ciała;

- tomografia komputerowa, która wywodzi się z technologii rentgenowskiej. Polega ona na tym, że wykonywane są zdjęcia badanej części ciała pod różnymi kątami i płaszczyznami. Wszystko jest zrobione komputerowo. Wynikiem tych działań jest warstwowy obraz, który jest w stanie zobrazować niewielkie, początkowe zmiany chorobowe;

- medycyna nuklearna, która wykorzystuje radioaktywne izotopy, wprowadzane do organizmu ludzkiego. Pozwalają one śledzić procesy zachodzące w środku, wykrywać schorzenia oraz znajdować odpowiednie metody leczenia.

  1. Technika radiacyjna

- sterylizacja sprzętu laboratoryjnego, medycznego oraz żywności Radioaktywność może zabić organizmy żywe. Dawka promieniowania powinna nie powinna być za duża, gdyż może zaszkodzić ludziom. Zarówno sprzęt medyczny jak i warzywa i owoce powinny być napromieniowane minimalna dawka;

- badania grubości substancji, znajdowania wad technicznych (kadłuby statków, rurociągi, budynki);

- czujniki przeciwpożarowe (czujniki dymu);

- proces barwienia tkanin, szkła oraz sztucznych i naturalnych kamieni;

- elektronika (elementy półprzewodnikowe);

- modyfikacji polimerów lub innych substancji;

- analiza radiacyjna (analiza jądrowa składu substancji). Stosując te technikę jesteśmy w stanie określić zanieczyszczenie ilościowe metalami ciężkimi w odpadach oraz azotu w nawozach sztucznych. Możliwa jest analiza jakościowa w tym samym czasie kilku pierwiastków;

- proces uzyskiwania termokurczliwe rurek oraz taśm (stosowane w izolacji elektrycznej) powstają w wyniku napromieniowania. Są wykorzystywane w procesie łączenia elementów;

-proces oczyszczania gazów wylotowych, powstające z rożnych instalacji spalających (węgiel). W wyniku tego procesu jesteśmy w stanie zmniejszyć wydzielenie SO2 oraz tlenków azotu o odpowiednio: 95% i 80%;

- metody radiacyjne są wykorzystywane w sprzęcie promieniotwórczym (reaktory, mierniki, czujniki oraz regulatory). Branża metalurgiczna oraz chemiczna wykorzystuje promieniotwórczość w grubościomierzach, gęstościomierzach, miernikach odczytujących poziom materiałów sypkich oraz ciekłych;

- badanie mechanizmów złożonych mechanizmów reakcji organicznych. Stosując dwutlenek węgla (znaczony 14C) do asymilacji przez organizmy roślinne możemy zbadać przemianę dwutlenku węgla do węglowodanów podczas fotosyntezy.

  1. Militaria

Pierwiastki radioaktywne mogą być stosowane do produkcji bomby atomowej, jądrowej, termojądrowej, neutronowej. Dotychczas stosowane bomby wykorzystywały reakcję rozpadu jądra uranu o liczbie masowej 233, ewentualnie plutonu o liczbie masowej 239. W bombach termojądrowych (wodorowych) ma miejsce synteza jąder helu z izotopów litu oraz wodoru. Jako zapalnik stosowana jest bomba jądrowa. Inicjuje ona reakcje termojądrową. Bomby neutronowe emitują ogromne ilości energii pod postacią promieniowania neutronowego. Zabijają one organizmy żywe oszczędzając obiekty materialne. Rozpad jąder pierwiastków radioaktywnych jest wykorzystywany do produkcji broni masowego rażenia. Podczas wybuchu uwalniana bardzo duża ilość energii. W czasie II wojny światowej nas Nagasaki oraz Hiroszimę została zrzucona bomba atomowa. Wiele osób poniosło śmierć, wiele miało objawy choroby popromiennej. Procesy produkcyjne nad bombami atomowymi oraz otrzymywanie izotopów muszą być kontrolowane przez organizacje międzynarodowe. Skutki późne choroby popromiennej to:

- skrócenie życia

- przedwczesne starzenie

- niedokrwistość

- nowotwory

- białaczka

- zaćma

- biegunka oraz nudności.

4. Inne

- jako napęd do wielu pojazdów (transport wodny). Gdy okręt ulegnie zatopieniu, to stanowi poważne źródło potencjalnego zagrożenia skażenia środowiska szkodliwymi pierwiastkami promieniotwórczymi;

- promieniotwórczy izotop węgla 14C jest stosowany w badaniach archeologicznych. Występuje on w środowisku naturalnym w określonej ilości. Ulega asymilacji przez rośliny wspólnie z węglem promieniotwórczym pod postacią dwutlenku węgla. Znaczne jego ilości występują w organizmach ludzkich oraz zwierzęcych na skutek spożywania żywności pochodzenia roślinnego. Izotop ten jest stosowany do określenia wieku szczątków zawierających węgiel (liczne wykopaliska). Wiek ten jest określany na podstawie okresu półrozpadu oraz ilości węgla 14C;

- badanie wód i procesów zachodzących w rzekach oraz na dnie mórz, badanie szczelności wodnych zapór wodnych oraz podziemnych rurociągów.

Negatywne oddziaływanie promieniowania

- defekty elektrowni jądrowych doprowadzają do awarii. W roku 1986 w Czarnobylu miało miejsce uszkodzenie reaktora jądrowego. W wyniku wybuchu atmosfera ziemska została skażona izotopami promieniotwórczymi (137Cs i 131I). Duża część Europu uległa skażeniu promieniotwórczemu;

- przemysł, którego działalność niesie ze sobą duże niebezpieczeństwo dla środowiska naturalnego. Odpady takie mogą zawierać materiały radioaktywne. Głównym źródłem tych zanieczyszczeń jest hutnictwo. Występujące w hałdach izotopy promieniotwórcze mogą przedostać się do wody oraz powietrza.

- odpady radioaktywne powstałe w wyniku działalności energetyki jądrowej. Niosą ze sobą bardzo duże niebezpieczeństwo, gdyż mogą dostać się do środowiska naturalnego.

Promieniowanie żywności

Powszechną stosowaną metodą jest promieniowanie żywności, po to, aby mogła być przechowywana dłużej. Badania wykazały, że produkty żywnościowe, które zostały napromieniowane w celu utrwalenia nie są toksyczne ani promieniotwórcze. Jednakże wywołują procesy chemiczne. Zasięg oraz typ tych zmian jest uzależniony od składu chemicznego badanego produktu, temperatury, dawki napromieniowania, dostępu tlenu oraz światła w czasie napromieniowania. Skutkiem napromieniowania są powstające rodniki i zmniejszająca się zawartość witamin: B1, A, E, C do ilości około 20-60% mniejszej niż w przypadku takiego samego produktu nie napromieniowanego. Nie trzeba się tym aż tak bardzo sugerować, gdyż genetyczne zmiany w żywności zachodzą w wyniku termicznej obróbki oraz w wyniku długiego czasu jej przechowywania.

W tabelce przedstawiono główne cele procesu napromieniowania uzależnione od dawki napromieniowania i określonego produktu.

Produkt

Dawka [kGy]

Powód promieniowania

Zioło, glukoza, kazeina, guma arabska, żelatyna, przyprawy, substancje enzymatyczne,

2,0-10,0

Spadek zawartości mikroorganizmów

Ziemniaki, cebula

0,05-0,15

Zahamowanie kiełkowania

Pasza dla zwierząt, mrożonki morskie, drób, mięso

1,0-7,0

Eliminacja drobnoustrojów patogennych powodujących psucie się produktów

Zboże, suszone owoce, warzywa strączkowe

0,15-0,5

Eliminacja pasożytów. Dezynfekcja

Ryby, pieczarki, truskawki

1,0-3,0

Przedłużanie trwałości produktu

Warzywa oraz owoce

0,5-1,0

Zahamowanie dojrzewania

Zastosowanie izotopów radioaktywnych

W tabelce przedstawiono wykorzystanie izotopów promieniotwórczych.

Izotop promieniotwórczy

Czas połowicznego rozpadu

Rodzaj promieniowania

Zastosowanie

3H

12,3 lat

beta

Błyszczące farby

238Pu

87,7 lat

alfa

Stymulatory mięśnia sercowego,

204 Tl

3,8 lat

beta

Aparatura pomiaru grubości

241Am

432 lata

alfa

Czujniki przeciwpożarowe

226Ra

1600 lat

gamma

Aplikatury radowe

60Co

5, 3 lat

gamma

Radiografia, sprzęt radiacyjny, bomba kobaltowa, aparatura pomiarowa (grubość, poziom cieczy, waga)

239Pu

24000

alfa

Czujniki przeciwpożarowe

131I

8 dni

gamma

Badanie tarczycy

182Ir

73,8 lat

gamma

Radiografia

137Cs

30 lat

gamma

Radiografia, pomiary grubości, bomba cezowa

Zakończenie

Nieustannie rozwijająca się cywilizacja, coraz lepszy sprzęt badawczy, nieograniczony dostęp do informacji, coraz większa wiedza naukowców sprawia, że jesteśmy na dobrej drodze do zlikwidowania szkodliwych skutków promieniowania oraz bardziej wydajniej wykorzystywać energię jądrową do dobrych celów. Wszystko jest uzależnione od dobrej woli człowieka.