Promieniotwórczość dla zielonych - przeczytaj i zabłyśnij w towarzystwie!

Dziś porozmawiamy sobie o poczciwym atomie Uranu który pewnego dnia stwierdził, że zmieni nazwisko na Tor, o takich śmiesznych falach które robią tak, że ludzie znikają, o kotku który trochę żył a trochę nie, i o tym czy do dobrze, że promieniuje czy źle? Usiądźcie więc grzecznie w kółeczku, załóżcie ołowiane kombinezony i módlcie się żeby bomby nie spadły na wasz schron.

A teraz na poważnie

Na początek krótkie przypomnienie z chemii: Każdy pierwiastek charakteryzuje liczba atomowa Z, czyli liczba protonów w jądrze. Liczba ta jest stała dla każdego pierwiastka. Drugą jest liczba masowa A, odnosi się ona to protonów i neutronów w jądrze, to ona decyduje o tym z jakim izotopem mamy do czynienia. Średnia zawartość izotopów wpływa też na masę atomową, z tego powodu nie są one pełnymi wartościami. Dobrze, skoro już wiemy czym są izotopy, możemy przejść do radioaktywności.
1

Rozpad i synteza

Pamiętacie legendę o Kamieniu filozoficznym? Ten tajemniczy minerał miał przemieniać metale w złoto. Alchemicy spędzali nieraz całe żywota na próbach stworzenia tego artefaktu, bez skutku. W naszych czasach, cóż, możliwe jest przemienienie rtęci w złoto. Cały proces jest oczywiście nieopłacalny, przynajmniej na razie. W tej reakcji rtęć jest bombardowana neutronami co prowadzi do stworzenia niestabilnego atomu, który następnie przemienia się w trwałe złoto 2

W większości reakcji mamy do czynienia z rozpadem jądra, w wyniku którego następuje emisja, to właśnie jest radioaktywność. Wyróżniamy trzy podstawowe rozpady:

• Rozpad alfa (emisja jądra helu)
• Rozpad beta (emisja elektronu - beta "-" lub pozytonu - beta "+")
• Rozpad gamma (emisja fotonu wysokoenergetycznego) 3

Żródło

Różnią się one przede wszystkim energią. Do zatrzymania promieniowania alfa wystarczy ubranie czy kilkanaście cm warstwy powietrza, beta zatrzyma cienka osłona z aluminium lub kilka metrów powietrza, przed gamma natomiast ochroni nas dopiero kilkadziesiąt cm ołowiu lub kilka metrów betonu.

W tym miejscu powinniśmy zrobić pauzę i wyróżnić dwa rodzaje promieniowania: sztuczne i naturalne.

Naturalne promieniowanie pochodzi na przykład od: skał, budynków, flory i fauny, zbiorników wodnych czyli praktycznie całego naszego otoczenia. Powstaje ono na skutek oddziaływania atomów z wiatrem słonecznym, promieniowaniem kosmicznym, tła a także z samorzutnego rozpadu atomów promieniotwórczych. 4

Sztuczne promieniowanie powstaje w wyniku na przykład celowego bombardowania atomów neutronami. Mechanizmy i produkty są zgoła podobne do promieniotwórczości naturalnej. Jednakże człowiek zainicjował proces nie występujący w naturze, mianowicie: rozszczepienie jądra.

Polega ono na uderzeniu atomu cząstką elementarną powodując rozszczepienie go na dwa inne pierwiastki. Towarzyszy temu emisja ogromnej energii. Zjawisko wykorzystuje się w bombach atomowych oraz elektrowniach. Oprócz energii, następuje też emisja promieniowania. 5. Pierwiastki powstałe z rozszczepienia, nie są stabilne i promieniują dalej, nawet przez wiele lat. Stąd pojęcie skażenia radioaktywnego.

W tym momencie warto wrócić pamięcią do Czarnobyla i skażenia z nim związanym.

W wyniku katastrofy do atmosfery uwolniono głównie 3 pierwiastki: Cez, Stront i Jod. Z tych trzech, najbardziej obawiano się jodu, którego okres połowicznego rozpadu (czyli czasu po którym z badanej próbki pozostanie połowa masy danego pierwiastka) wynosi 8 dni. Jest to bardzo mało, w porównaniu do dwóch pozostałych pierwiastków których czas połowicznego rozpadu wynosi kilkadziesiąt lat.

O ile wobec jodu zastosowano szczególne środki bezpieczeństwa, na przykład: podawanie płynu lugola, tak cez i stront, pod względem radiacji nie były groźne. Co innego oddziaływanie biologiczne samych pierwiastków prowadzące do nowotworów.

Kluczem jest więc tutaj okres połowicznego rozpadu, to on decyduje o tym jak dużym zagrożeniem jest dany pierwiastek pod względem radiacji. Wobec tego, te najmniej stabilne będą emitować najwięcej promieniowania, ale szybko znikną, trwałe za to będą raziły nas niewielkimi ilościami, ale przez bardzo długi czas. Czy to wszystko? Nie do końca. Znaczenie ma też typ oddziaływania, okazuje się, że to nie promieniowanie gamma jest dla nas najbardziej niebezpiecznie, lecz alfa i beta! Chociaż łatwo je zatrzymać, to ta sama dawka wywoła u nas znacznie większe szkody.

O ile w skali makroskopowej jest to bardzo dokładny mechanizm, na którego zasadzie działają zegary atomowe, tak w przypadku pojedynczego jądra nie sposób przewidzieć kiedy się rozpadnie. Obrazuje to przykład Kota Schrödingera który zamknięty był w pojemniku z licznikiem Gaigera, pojemnikiem z trującym gazem i atomem promieniotwórczym. Po upływie czasu połowicznego rozpadu należało sprawdzić czy kot jest żywy - atom się nie rozpadł, czy martwy - atom uległ rozpadowi. Do czasu otworzenia pojemnika był jednak w stanie superpozycji, tzn żywy i martwy jednocześnie. Jest to ważny eksperyment dla mechaniki kwantowej, operującej głównie prawdopodobieństwem, Abstrahując od funkcji życiowych, był na pewno wkurzony, że ktoś zamknął go wbrew jego woli ;)

Aby zrozumieć problem związany z oddziaływaniem promieniowania należy znać pojęcie absorpcji. Otóż fala, atom czy ładunek który przejdzie przez nas nie zaburzając naszych własnych atomów nie wywoła żadnego efektu, inaczej jest z tym który napotka na swojej drodze nasze pierwiastki, wtedy nastąpi zmiana. Jest to oczywiście bardzo proste, ale kluczowe dla zrozumienia procesu.

Sprawa jest tym bardziej istotna gdy pierwiastek promieniotwórczy dostaje się do naszego organizmu. Wtedy, w przypadku promieniowania alfa czy beta, my sami jesteśmy barierą na której następuje absorpcja. Często ma to tragiczne skutki, czego przykładem jest zabójstwo Aleksandra Litwinienko za pomocą Polonu który ulega rozpadowi alfa, jonizując komórki człowieka. 6

Duże dawki promieniowania mogą prowadzić do zachorowań na chorobę popromienną. Przebiega ona w dwa różne sposoby: ostry i przewlekły. W przypadku przebiegu ostrego, śmierć następuje w ciągu kilku godzin do dni. Postać przewlekła może być w utajeniu przez wiele lat i objawić się np. wadami genetycznymi potomstwa, szybkim starzeniem i zwiększoną zapadalnością na nowotwory. 7

No dobrze, ale skoro radiacja jest taka straszna, wykorzystuje się ją tylko do zabijania innych ludzi i produkcji energii?

Otóż nie. Promieniotwórczość ma wiele pozytywnych zastosowań. Wykorzystują ją czujniki dymu, zawierające Ameryk emitujący jądra helu które łączą się z dymem. Służy do leczenia nowotworów w radioterapii, pozwala na prześwietlenia za pomocą promieni X. Umożliwia efektywną sterylizację żywności i sprzętu medycznego.

Istnieje też idea, że niewielkie dawki promieniowania mogą działać terapeutycznie. Hormeza radiacyjna postuluje pogląd, że niewielkie dawki promieniowania mogą zapobiegać na przykład chorobom nowotworowym. Na chwilę obecną nie znaleziono twardych dowodów przeciwko tej idei, a poczynione obserwacje zdają się ją potwierdzać, niemniej zjawisko bada się od stosunkowo krótkiego okresu czasu wiec nie można wyciągnąć jednoznacznych wniosków. Przeciwnicy tej hipotezy uważają, że każda dawka radiacji jest szkodliwa zgodnie z wzorem: natężenie x liczba dawek. Jeśli jednak ktoś ma ochotę poeksperymentować na własnej skórze - ma okazję w Polskich uzdrowiskach (Kudowa, Duszniki, Świeradów...)

Ja natomiast dziękuję za przeczytanie tego artykułu i skłaniam się do twierdzenia, że wszystko jest lekarstwem i trucizną, różnicę czyni stężenie.

Post ten zgłaszam do Tematów Tygodnia - Temat drugi.