Promieniotwórczość

Pobierając niewielką próbkę gleby w dowolnym miejscu na świecie znajdziemy w niej całkiem sporą liczbę radioaktywnych izotopów. Związane jest to z tym, iż w naszym otoczeniu występuje bardzo dużo różnych pierwiastków, a co za tym idzie – także ich izotopów.

Promieniotwórczość (zwana też radioaktywnością) jest ogólnym pojęciem określającym zdolność do spontanicznej emisji promieniowania przez jądro atomowe.

Jądro atomowe, podobnie jak każde ciało fizyczne, nie jest obiektem statycznym. Zachodzące w jego wnętrzu zjawiska powodują, iż jądro danego izotopu może być stabilne lub niestabilne. Wśród poznanych dotychczas ok. 3 tys. różnych izotopów, jedynie ok. 260 to izotopy trwałe, które nie ulegają przemianom. Pozostałe izotopy mogą samorzutnie przekształcić się (rozpaść) w izotopy innych pierwiastków. Rozpady te mogą być również sztucznie indukowane przez człowieka, ale w zdecydowanej większości przypadków nietrwałe jądra ulegają samoczynnym rozpadom, z różnym prawdopodobieństwem.

czy_wiesz_ze_giwazdka

Czy wiesz, że…
Istnieją izotopy, których czas połowicznego zaniku wynosi
miliardy lat (np. uran-238). Oficjalnie zalicza się je do izotopów nietrwałych, lecz w praktyce traktować je można jako stabilne.

Z prawdopodobieństwem rozpadu jądra związane jest pojęcie czasu połowicznego zaniku (zwanego też okresem półrozpadu), po którym połowa jąder z początkowej ich liczby rozpadła się. Czas połowicznego zaniku jest wielkością charakteryzującą dany izotop promieniotwórczy i w zależności od izotopu może wynosić od ułamków sekund do miliardów lat.

czy_wiesz_ze_giwazdka

Czy wiesz, że…
Aktywność (czyli liczba rozpadów promieniotwórczych na sekundę) dowolnego radioizotopu maleje z czasem. Spadek ten jest tym szybszy, im krótszy jest okres połowicznego zaniku danego izotopu.

 

GRAFIKA_ROZPADY_JADROWE2

Idea czasu połowicznego zaniku

Izotopy promieniotwórcze (zwane także radioizotopami) wykorzystuje się powszechnie na potrzeby medycyny, nauki czy przemysłu. Można je uzyskać ze źródeł naturalnych lub wytworzyć sztucznie za pomocą odpowiednich technik. W przyrodzie występuje wiele różnego rodzaju radioizotopów, które są stałym składnikiem wody, powietrza i gleby. Stanowią one ważny element tzw. promieniotwórczości naturalnej.

Rozpady jądrowe

Niestabilne izotopy mogą rozpadać się w różny sposób. Wśród rozpadów jądrowych najważniejszymi są rozpad alfa (α), rozpad beta (β) oraz rozpad gamma (γ).

Rozpad α jest charakterystyczny przeważnie dla jąder ciężkich, u których wraz ze wzrostem liczby masowej maleje energia wiązania pojedynczego nukleonu. Rozpad ten polega na emisji z jądra cząstki α, czyli jądra helu-4, składającego się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Dzięki temu liczba masowa jądra zmniejsza się o 4.
Obecnie znanych jest ok. 400 jąder ulegających rozpadowi α, w tym ok. 280, dla których jest to rozpad główny. Strumień cząstek α jest nazywany także promieniowaniem α, które jest krótkozasięgowe i bardzo łatwo pochłaniane przez materię.

GRAFIKA_PROMIENIOWANIE ALFA

Rozpad alfa (α)

Rozpad β polega na przekształceniu znajdującego się w jądrze neutronu w proton lub, rzadziej, protonu w neutron. W pierwszym przypadku (β) emitowany jest ujemnie naładowany elektron i antyneutrino, w drugim (β+) dodatnio naładowany pozyton (zwany antyelektronem) i neutrino. Elektron lub pozyton, emitowane przez jądro, nazywane są cząstkami beta. Uwalniane promieniowanie beta jest umiarkowanie silnie pochłaniane przez materię – zatrzymać je może np. cienka aluminiowa blacha.
Rozpad β zmniejsza (β+) lub zwiększa (β) liczbę atomową jądra, nie zmieniając jego liczby masowej.

GRAFIKA_PROMIENIOWANIE BETA

Rozpad beta (β)

Rozpad γ polega na emisji przez jądro wysokoenergetycznej fali elektromagnetycznej, zwanej także fotonem bądź kwantem gamma. Zjawisko to następuje w sytuacji, gdy jądro przechodzi ze stanu wzbudzonego do stanu o energii niższej, podczas którego różnica w energii emitowana jest właśnie w postaci fotonu. Taki rozpad nie zmienia liczby masowej ani atomowej jądra. Towarzyszy on często rozpadom α i β, po których jądro pozostało w stanie wzbudzonym.

GRAFIKA_PROMIENIOWANIE GAMMA

Rozpad gamma (γ)

Promieniowanie jonizujące

Przechodzeniu naładowanej cząstki przez materię towarzyszy zjawisko jonizacji, czyli oddzielenia elektronów od jąder atomowych. W związku z tym używa się popularnego określenia promieniowanie jonizujące. Przykładami są tu wspomniane uprzednio promieniowanie alfa i beta z uwagi na posiadanie przez te cząstki ładunku elektrycznego.

Wyszczególnia się także promieniowanie jonizujące nie wprost, takie jak promieniowanie gamma, z uwagi na fakt nieposiadania ładunku przez foton. W takiej sytuacji jonizacja następuje dopiero po przekazaniu swojej energii innej cząstce naładowanej (najczęściej elektronowi).

Oprócz wspomnianych trzech podstawowych typów promieniowania jonizującego wyróżniamy także inne, mniej znane: mionowe, protonowe i wiele innych. Do grupy promieniowania jonizującego nie wprost, oprócz kwantów gamma, zaliczyć można też promieniowanie X (rentgenowskie) oraz promieniowanie neutronowe, które występuje we
wnętrzu reaktorów jądrowych.

czy_wiesz_ze_giwazdka

Czy wiesz, że…
Przyjęło się mówić, iż najpowszechniej występującym we
Wszechświecie typem promieniowania jest promieniowanie gamma. Jednakże największy strumień cząstek stanowią nienaładowane elektrycznie neutrina, które z uwagi na nikłe prawdopodobieństwo oddziaływania z materią praktycznie nie są uwzględniane jako promieniowanie jonizujące.

Zjawisko jonizacji przekłada się bezpośrednio na skutek biologiczny jaki może wywołać promieniowanie. Miarą energii zdeponowanej w wyniku aktów jonizacji w organizmie jest dawka, która w powszechnej świadomości określa stopień napromienienia. Dawki jednorazowe poniżej 100 mSv nie wywołują skutków zdrowotnych, lecz dawki powyżej 1000 mSv mogą być już bardzo niebezpieczne.

czy_wiesz_ze_giwazdka

Czy wiesz, że…
Popularnie używany siwert [Sv] jest jednostką tzw. dawki efektywnej, która oznacza biologiczny skutek działania promieniowania dla całego organizmu. W związku z tym pojęcie dawki efektywnej jest najpowszechniej stosowane w literaturze. Oprócz dawki efektywnej spotkać można także dawkę pochłoniętą mierzoną w grejach [Gy], czy też dawkę równoważną na konkretny narząd mierzoną także w siwertach [Sv].
czy_wiesz_ze_giwazdka

Czy wiesz, że…
Wartość dawki [Sv] informuje nas o tym, jak bardzo dana osoba została napromieniona, zaś moc dawki [Sv/czas] informuje jaki jest aktualny poziom promieniowania. Mnożąc moc dawki przez czas przebywania otrzymujemy wartość dawki otrzymanej.
czy_wiesz_ze_giwazdka

Czy wiesz, że…
W nauce funkcjonuje pojęcie tzw. dawki śmiertelnej
LD50/30 (ang. lethal dose) mówiącej o wartości dawki, przy której umiera 50% osobników z danej populacji w ciągu 30 dni od napromienienia (przy braku leczenia). Dla człowieka średnia wartość LD50/30 wynosi około 3500 mSv.

GRAFIKA_WSPOLCZYNNIKI CIALO

Z uwagi na występujące promieniowanie naturalne oraz procedury medyczne (np. zdjęcia rentgenowskie), przeciętny Polak otrzymuje roczną dawkę równą około 3,4 mSv/rok. Jest to ok. tysiąckrotnie więcej niż może maksymalnie wynosić roczna dawka tuż przy płocie elektrowni jądrowej.

GRAFIKA_UDZIAL CZYNNIKOW

 GRAFIKA_NATURALNE TLO PROMIENIOWANIA

Naturalne tło promieniowania

czy_wiesz_ze_giwazdka

Czy wiesz, że…
Naturalne tło promieniowania jest różne w różnych miejscach na świecie i zależy ono przede wszystkim od lokalnej budowy geologicznej gruntu i średniego stężenia gazu radonu w atmosferze. W Polsce średnia dawka roczna od naturalnego tła promieniowania wynosi około 2,5 mSv/rok, ale są miejsca na świecie, gdzie jest ona kilkadziesiąt, a nawet i kilkaset razy większa. Nigdzie nie zaobserwowano jakichkolwiek zmian zdrowotnych wśród mieszkających tam ludzi.

GRAFIKA_MAPA_PROMIENIOWANIE GAMMA

Dawka od naturalnego promieniowania gamma w różnych regionach Polski. Największą dawkę rejestruje się w Sudetach

 

Share on FacebookTweet about this on TwitterGoogle+Print this page