Promieniowanie jądrowe

Promieniowanie jądrowe - Emisja cząstek lub promieniowania elektromagnetycznego (promieniowanie gamma) przez jądra atomów. Promieniowanie zachodzi podczas lub po przemianie promieniotwórczej lub w wyniku przejścia wzbudzonego jądra do stanu o niższej energii. Rodzaj wysyłanego promieniowania oraz jego energia zależy od rodzaju przemiany jądrowej. Są trzy rodzaje promieniowania jądrowego: alfa, beta, gamma. Są one wynikiem przemian zachodzących wewnątrz jądra atomowego. Każde ma określone własności.

Promieniowanie alfa to strumienie jąder atomów helu, które w powietrzu maja zasięg kilku centymetrów. Zbudowane jest z dwóch protonów i dwóch neutronów. W wyniku przemiany alfa pierwotny atom przekształca się w nowy atom, mający o dwa protony i neutrony mniej. W rozpadzie alfa udział biorą oddziaływania silne (Jedno z czterech oddziaływań uznanych za podstawowe. Spośród cząstek elementarnych silnie oddziałują tylko kwarki, antykwarki i gluony). Jest to promieniowanie korpuskularne. Charakterystyczne dla dodatnio naładowanych atomów helu, jest także emitowane przez niektóre radioizotopy, np. Uran, Rad. Posiada najmniejsze promieniowanie spośród promieniowania alfa, beta, gamma. Do jego zatrzymania wystarczy kartka papieru jednak w przypadku pokarmów lub wdychanego powietrza promieniowanie alfa może być zabójcze. Kiedy już radioaktywny materiał znajdzie się w ciele człowieka wytwarzane przez niego cząstki alfa bardzo silnie jonizują tkanki. Prowadzi to do poważnych uszkodzeń i choroby popromiennej.

Beta to promieniowanie o bardzo szybkich strumieniach elektronów mających zasięg do pięćdziesięciu centymetrów. Jod 131 jest radioizotopem rozpadającym się w procesie beta. W jego wyniku powstaje nowy atom ksenon 131 oraz cząstka beta. Przemiana ta jest również źródłem energii. Jest to promieniowanie korpuskularne. Charakterystyczne dla cząstek naładowanych dodatnio lub ujemnie, jest emitowane przez jądra niektórych radioizotopów. Do zatrzymania wystarczy zwykle szkło, cienka blacha metalowa np. z aluminium. Niebezpieczne dla organizmu (dostaje się do niego) i może spowodować poparzenia skóry.

Promieniowanie gamma to fale elektromagnetyczne mające w powietrzu zasięg kilku metrów. Jest rodzajem promieniowania elektromagnetycznego, podobnym do promieniowania rentgenowskiego, tylko o jeszcze krótszej fali. Źródłem promieniowania gamma jest przemiana jądrowa (jądra atomowe izotopów promieniotwórczych ulegają rozpadowi, co zazwyczaj powoduje emisję fotonu gamma), reakcja syntezy (dwa jądra atomowe zderzają się, tworząc nowe jądro emitują foton gamma) i Anihilacja (zderzenie cząstki i antycząstki, np. elektronu i pozytonu, powoduje zniknięcie obu tych cząstek i ememisję, co najmniej dwóch fotonów gamma). 4Towarzyszy zazwyczaj rozpadowi alfa lub beta, bowiem po emisji cząsteczki jądra nowo powstałych atomów muszą się przeorganizować, przy czym pozbywają się nadmiaru energii. Emisja promieniowania gamma nie zmienia liczby atomowej - liczba protonów oraz neutronów wewnątrz jądra pozostaje bez zmian. Promieniowanie jest najbardziej przenikliwe spośród alfa, beta i gamma, emitowane podczas rozszczepiania jądra izotopów. Zatrzymać je może tarcza z metali ciężkich np. ołowiu. Jest bardzo groźnym czynnikiem rażenia w przypadku skażeń. Powoduje zmiany w strukturze DNA i chromosomów, może wywoływać białaczkę, nowotwory skóry i kości.

Odkrycie promieniotwórczości sięga przełomu XIX i XX w. Z jednej strony dało ono człowiekowi możliwości pozytywnego wykorzystania tegoż zjawiska, ale z drugiej strony obarczyło ludzkość odpowiedzialnością za właściwe jej wykorzystanie. Od lat mówi się o szkodliwości promieniowania. Na ogół znamy złe strony promieniowania, takie jak jego emitowanie po próbach jądrowych, katastrofach okrętów o napędzie atomowym czy wypadkach w elektrowniach jądrowych. Po próbach z bronią jądrową teren, na którym odbywały się próby ulega skażeniu, roślinność i zwierzęta wymierają bezpowrotnie. W wyniku katastrofy w elektrowni jądrowej w Czarnobylu śmierć poniosło wiele tysięcy osób, skażone zostały wielkie obszary Ukrainy oraz częściowo Białorusi i wschodnie rubieże Polski. Szczególnym rodzajem promieniowania jest promieniowanie jonizujące. Wywołuje ono w obojętnych atomach i cząsteczkach materii zmiany w ładunkach elektrycznych, czyli jonizację. Promieniowaniem jonizującym jest promieniowanie jądrowe α , β i γ oraz promieniowanie Roentgena.

Promieniowanie jądrowe α, β i γ oraz promieniowanie Roentgena, noszą nazwę promieniowania jonizującego, gdyż poprzez oddanie swojej energii wytwarzają jony. Dla organizmów żywych te jony mogą być szkodliwe, gdyż prowadzi to do zakłócenia przemian biochemicznych warunkujących prawidłowe funkcjonowanie organizmu i do zmian strukturalnych komórek. Promieniowanie jonizujące powoduje radiolizę wody, czyli jej rozkład na jony pod wpływem promieniowania. W wyniku tego procesu powstają wolne rodniki, które mogą reagować ze związkami wchodzącymi w skład komórki, powodując zakłócenia w jej funkcjonowaniu. Niektóre zakłócenia mogą zostać skorygowane dzięki autoregulacyjnym właściwościom organizmu, inne zmiany są nieodwracalne i prowadzą do obumarcia komórek. Czułość tkanki ludzkiej na promieniowanie jonizujące zmienia się w szerokich granicach. Najczulsze są organy krwiotwórcze i tkanki rozrodcze, najmniej czułe są mózg i mięśnie.

Uszkodzenia popromienne

Mdłości, bóle i zawroty głowy, ogólne osłabienie organizmu, zmiany we krwi, niedokrwistość, obniżenie odporności i wypadanie włosów. W zależności od stopnia uszkodzeń choroba popromienna może zakończyć się śmiercią lub przejść w fazę przewlekłą ze stopniowym wyniszczeniem organizmu.

Promieniowanie jonizujące może powodować uszkodzenia genetyczne polegające na zmianie struktury chromosomów wchodzących w skład komórek rozrodczych. Ich następstwem są mutacje, w efekcie, których wśród napromieniowanych roślin lub zwierząt mogą pojawiać się mutanty, tzn. osobniki różniące się szeregiem cech od organizmów macierzystych. Na szczęście organizmy wykazują w pewnych granicach zdolność do naprawiania niepożądanych zmian.

Bardzo niebezpiecznym izotopem jest stront – 90, który ma możliwości wbudowywania się w tkankę kostną i dlatego może być przyczyną białaczki i innych nowotworów. Do organizmu ludzkiego może się dostać wraz z mlekiem krów, które wypasały się na pastwiskach skażonych pyłem promieniotwórczym. Eksplozja tez przyczynia się do powstania nowotworów (najczęściej tarczycy i piersi). Można stwierdzić, że czas przebywania izotopu promieniotwórczego w organizmie zależy od okresu jego połowicznego zaniku jak i od sposobu związania go w danym organizmie, oraz od indywidualnych cech skażonego i jego wieku.

Choroba oczu – katarakta, która nieleczona powoduje zanik widzenia.

Na dodatkowe napromieniowanie swojego organizmu narażeni są palacze, którzy wraz z dymem papierosowym, wprowadzają do płuc radioaktywny polon – 210, który ulega dalszym przemianom w promieniotwórcze izotopy ołowiu, bizmutu i talu.

W niektórych przypadkach wykorzystanie różnych zakresów promieniowania jądrowego może mieć zastosowanie terapeutyczne stosuje się je w leczeniu nowotworów, (bo niszczy szybko dzielące się komórki rakowe).Niskie dawki pierwiastków radioaktywnych pomagają znakować różne substancje i w celach diagnostycznych, mutacje wywołane promieniowaniem są też podstawą ewolucji, (chociaż większość z nich jest bardzo szkodliwa).

Skażenie promieniotwórcze środowiska

Pojawienie się w środowisku naturalnym sztucznych pierwiastków promieniotwórczych. Głównymi źródłami skażenia promieniotwórczego środowiska jest opad promieniotwórczy globalny, powstały w wyniku testów z bronią jądrową (głównie w latach 1958-1963), katastrofy jądrowe (Czarnobylu, katastrofy w rejonie Czelabińska na Uralu w 1957 i 1967), przeróbka paliwa jądrowego (w tym radziecki program produkcji broni jądrowej uchodzący obecnie za największą katastrofę jądrową w dziejach), rutynowe i awaryjne wycieki radioaktywne w trakcie eksploatacji urządzeń jądrowych, wycieki ze składowisk opadów promieniotwórczych, wypadki rozszczelnień źródeł promieniotwórczych wykorzystywanych w geologii, medycynie, przemyśle, itp.

Głównymi izotopami promieniotwórczymi występującymi obecnie w środowisku naturalnym na kuli ziemskiej, są m.in. (w nawiasach rodzaje emitowanego promieniowani i orientacyjny czas połowicznego Zaniku): 137Cs (gamma, beta 30 lat), 90Sr (beta, 28 lat), 239Pu (alfa, 24 tys. lat), 240Pu (alfa, 8 tys. lat).

Wzrost koncentracji naturalnych pierwiastków promieniotwórczych w środowisku, wywołany działalnością człowieka związany jest głównie z eksploatacją kopalin i to nie tylko uranu - również kopalnictwo węgla prowadzi do lokalnych, niekiedy znacznych skażeń radioaktywnych związanych z gromadzeniem się radonu w osadach z wód kopalnianych. Do tej klasy zaliczyć należy ok. trzykrotny wzrost stężenia izotopu węgla 14C w całej biosferze, będący wynikiem testów z bronią jądrową.