Wykorzystanie promieniotwórczości

Promieniotwórczość jest ogromnie wykorzystywana w dzisiejszych czasach. Jesteśmy w stanie stwierdzić, iż jest ona konieczna do pojmowania mikro oraz makro świata, jak również procesów, które zachodzą w ciałach niebieskich, w ewolucji wszechświata.

Osobą, która jako pierwsza zastosowała promieniotwórczość oraz rozszczepienie atomu to Enrico Fermi. W 1942 roku skonstruował on reaktor jądrowy, przyczynił się do powstania pierwszej w historii kontrolowanej reakcji łańcuchowej. Stało się to kamieniem milowym w, będącej do tej pory, fizyce. Na skutek reakcji tej dało się zbudować bombę atomową, w której stosuje się reakcję rozszczepienia jąder uranu-233 albo plutonu-239. To natomiast ułatwiło odkrycie bomby termojądrowej, w której skład wchodzi bomba jądrowa. Jej wybuch produkuje temperaturę około 107 K, konieczną do powstania niekontrolowanej reakcji termojądrowej, opierającej się na syntezie jąder helu z izotopami wodoru oraz litu. Zbudowano również bomby kobaltowe(jest to bomba jądrowa albo termojądrowa, ulokowana w płaszczu z metalicznego kobaltu, w czasie jej wybuchu produkowane są ogromne ilości izotopu kobaltu-60, dzięki którego promieniowaniu mamy zanieczyszczone środowisko) a także neutronowe(wysyłające dużą ilość energii w formie promieniowania neutronowego, nie niszczącego obiektów materialnych, ale zabijającego organizmy żywe).

Aktualnie stosowane paliwo to wzbogacony uran-238, uran-235 albo pluton 239, wyprodukowany z uranu 238.

Promieniotwórczość wykorzystuje się również przy wyrobie niszczycielskiej broni. Reaktory jądrowe stosowane są jako źródła napędu statków czy okrętów. Jest to pożyteczne jeśli weźmiemy pod uwagę długość przebywania pod powierzchnia wody- są w stanie przebywać po zanurzeniu przez czas nieokreślony a także uzyskać o wiele większe kształty w porównaniu z napędzanych tradycyjnie. Te źródła napędu odnajdziemy nie tylko u okrętów wojskowych(np. lotniskowiec Enterprise), ale także u statków, np. lodołamaczy. Pomimo kilku korzyści to rozwiązanie stwarzać może niebezpieczeństwo dla otoczenia- w przypadku zatopienia takiego obiektu pływającego.

Reaktory jądrowe stosuje się w elektrowniach jądrowych do wyrobu energii. Elektrownie tego rodzaju produkują niekosztowną (małe zapotrzebowanie na paliwo od elektrowni węglowych) jak również czystą energię. Ilość wysyłanych przez nie izotopów promieniotwórczych jest bardzo mała w porwaniu do wysyłanej przez przytoczone już elektrownie węglowe, które oprócz tego zaopatrują atmosferę w, np. miliony ton SO₂, metale ciężkie takie jak ołów, arsen i kadm.. Jedynym wadą elektrowni jądrowych jest to, że produkują odpady promieniotwórcze, których w dzisiejszych czasach nie umiemy usunąć. Gromadzone są one zatem w zbiornikach stalowych, prasuje z substancjami żywicznym a następnie przechowuje się je m.in. w nieczynnych kopalniach albo specjalnych podziemnych składowiskach.

Ale nie jest to jedno z możliwych wykorzystań promieniotwórczości. Stosuje się ją również w medycynie - wykrycie jej spowodowało ogromną rewolucję, natomiast aktualna medycyna w kilku dziedzinach opiera się na promieniotwórczej zdolności pierwiastków. Stosowaliśmy już określenia "bomba kobaltowa", określenie to informuje, że jest to narzędzie, wykorzystywane do napromieniowywania przedmiotów lub organizmów ludzkich. Pierwiastkiem promieniotwórczym jest tam kobalt-60 albo cez-137 umieszczony w osłonie biologicznej( kulce zrobionej z ołowiu). Kulka ta zawiera kanały przez które promieniowanie gamma wydostaje się na zewnątrz. Urządzenie to wykorzystywane jest do leczenia nowotworów, celów diagnostycznych(m. in. odkrywania złamań kości), do oczyszczania żywności, defektoskopii(będzie omówiona później), chemii radiacyjnej(pracującej nad badaniami efektów chemicznych pochłaniania promieniowania jonizującego) do badania procesów które zachodzą, w momencie gdy układy chemiczne(proste, złożone) ulegną napromieniowaniu wysokoenergetycznymi kwantami( małymi porcjami energii, o jaką jest w stanie ulec zmianie konkretna wielkość fizyczna zadanego układu).

Przy leczeniu nowotworów stosuje się również promieniowanie wysyłane przez izotopy radu (tzw. igły radowe).

Stosując promieniotwórczość bada się również "działanie" organów wewnętrznych na skutek działania konkretnych leków, przez umieszczenie w organizmie technetu-99 w formie związku chemicznego oraz podpatrywanie jego drogi przez konkretne organy.

By zbadać dokładnie procesy metaboliczne komórki stosuje się metodę "znakowania" materiałów izotopami. Na przykład podając zwierzętom albo roślinom lub hodując komórki w roztworze cukru znakowanego (mającego zamiast węgla-12, węgiel-11 albo węgiel-14) a później odosobniając je a także badając oznakowane produkty ich procesów metabolicznych. Jesteśmy dzięki temu w stanie powiedzieć w jakie reakcje po kolei wchodzi ten cukier (ponieważ metabolizm zachodzi normalnie) i także jaką formę posiadają znaczone atomy, które wydostają się z komórki albo organizmu. Na skutek wykorzystania promieniotwórczego wapnia-45 jest ewentualność zbadania szybkości produkowania się materiału kostnego a także działanie na proces ten witaminy D oraz hormonu wydostającego się przez gruczoły przytarczyczne. Nie ma innej metody, która dokonałaby tego. Metodę znaczenia wykorzystuje się również w chemii. Przy pomocy znaczenia jakiś atomów da się prześledzić ich drogę w reakcjach chemicznych, np. reakcji estryfikacji.

Izotopy promieniotwórcze wykorzystuje się również w radiografii. Metoda analizy radiograficznej opiera się na zastosowaniu promieniowania jonizującego (rentgenowskiego, gamma) do analizy składu substancji oraz do produkcji. Na kliszy fotograficznej, ulokowanej po przeciwnych stronach w stosunku do źródła promieniowania analizowanego elementu albo na ekranie fluoryzującym zauważalne są fragmenty analizowanego elementu. Dzięki temu możemy odkryć zniszczenia wewnętrzne przedmiotu. Możliwe jest to na skutek pęknięcia, szczeliny w odlewach. Inaczej wchłaniają promieniowanie jonizujące aniżeli materiał, z którego badany element został zbudowany. Defektoskopia dotyczy natomiast odkrywania pęknięć jak również uszkodzeń w metalu (wyróżnia się np. defektoskopie rentgenowską). Defektoskopia jest wykorzystywana również w przemyśle stoczniowym, lotniczym, maszynowym, oraz chemicznym. W hutach czy w fabrykach wykorzystuje się prześwietlania rentgenowskie, natomiast korzystniejsza jest metoda defektoskopii izotopowej, w której stosuje się Co, Cs, Ir, Tm albo mieszanki Eu i Eu jako źródła promieniowania gamma (defektoskopia gamma). Dzięki promieniowaniu radioizotopu kobaltu-60 da się prześwietlić stal, której grubość jest rzędu 15 cm .

Radioizotopy (inaczej izotopy promieniotwórcze) przyczyniły się również do określania technik produkcji termokurczliwych lub do uszlachetnienia folii do opakowań.

Pisaliśmy wcześniej już o dostarczaniu izotopów promieniotwórczych do organizmów ludzkich. Wykorzystując metody radiograficzne jesteśmy w stanie przeanalizować ich drogę, by lepiej pojęć procesy przyswajania oraz przemiany materii. To właśnie spowodowało, że wiemy np. że w zębach gromadzi się fluor, przeanalizowano procesy trawienne(na podstawie fosforu-32), poszerzono wiedze na temat choroby Basedowa, na skutek izotopu jodu 131I, zbierającemu się w tarczycy.

Można był tego wszystkiego dokonać tylko dlatego, że bardzo proso odkryć izotopy promieniotwórcze, nawet z dużej odległości. W związku z tym bada się także zjawiska fizyczne oraz chemiczne, m.in. dyfuzję w ciałach stałych oraz cieczach, rozpuszczalność albo strącanie osadów.

Kolejnym wykorzystaniem promieniotwórczości jest tzw. "datowanie", opierające się na badaniu wieku np. skał, wykopalisk archeologicznych, czy naszej planety. Wykorzystuje się np. "zegar helowy", biorąc pod uwagę skład helu w eksperymentalnym przedmiocie, bardzo często jednak "zegarem archeologicznym" jest izotop węgla-14. Jest on asymilowany przez rośliny oraz staje się elementem żywych organizmów zwierzęcych, po zjedzeniu przez nie jedzenia typu roślinnego. W momencie obumarcia tego organizmu, na skutek pomniejszania się składu węgla-14, maleje intensywność tego promieniowania, co zezwala archeologom podawać wiek analizowanych szczątków.

To jednak nie wszystkie z możliwych wykorzystań promieniotwórczości. Trzeba podać również: odnajdywanie pojemników wodnych oraz wód gruntowych, oczyszczanie pokarmu oraz różnego rodzaju urządzeń, zastosowanie w czujnikach dymu, miernikach grubości oraz wykrywaniu zanieczyszczenia wód jak również skażenia otoczenia i jego niszczenia, gęstościomierzach. Promieniowanie izotopowe przyczyniło się także na postępu górnictwa.

A wszystko to zaczęło się od wykrycia zjawiska wysyłania energii przez poniektóre pierwiastki oraz definiowanie tego promieniotwórczością. Propozycję określenia tego podało małżeństwo Curie i od tego momentu nastąpił duży postąp kilku dziedzin nauki. Aktualnie teraz nie jesteśmy w stanie wyobrazić sobie działania przemysłu lub medycyny bez wykorzystania izotopów promieniotwórczych!