Blaski i cienie promieniotwórczości

Zjawisko promieniotwórczości, czy też inaczej radioaktywność, to samorzutny rozpad jąder połączony z emisją cząstek alfa, cząstek beta i promieniowania gamma. Na przemianę jądra nie mają wpływu czynniki zewnętrzne takie jak: temperatura, pole magnetyczne czy skupienie materiału promieniotwórczego. Za odkrywcę promieniotwórczości uważa się francuskiego fizyka Becquerel'a. Dokładniejszym zbadaniem tego zjawiska zajęli się Maria Curie-Skłodowska i Piotr Curie. Odkryli oni promieniotwórczość uranu i toru oraz pierwiastki polon i rad. Dało to początek promieniotwórczości naturalnej, związanej z około 60 izotopami promieniotwórczymi, występującymi naturalnie w środowisku Ziemi.

Szybko jednak liczne grono naukowców rozpoczęło badania nad tzw. promieniotwórczością sztuczną, związaną z izotopami promieniotwórczymi, które pojawiają się obecnie na Ziemi wyłącznie na skutek działalności człowieka. Ze względu na ogromną różnorodność właściwości (rodzaj promieniowania, energia promieniowania, czas życia, masa emitowanych cząstek i inne) substancje promieniotwórcze otrzymywane sztucznie znajdują znacznie szersze zastosowanie niż naturalne substancje radioaktywne. W związku z odkryciem promieniotwórczości sztucznej możliwa okazała się realizacja marzeń średniowiecznych alchemików o przemianie jednych pierwiastków chemicznych w inne, a dokładniej - w złoto.

Szerokie możliwości eksploatacji radioaktywności zapoczątkowało jej ogólne zastosowanie we wszelakich celach. Jednak człowiek posiada skłonności wykorzystywania każdej rzeczy w sposób dwojaki, zawsze odnajdując zarówno pozytywne, jak i zgubne skutki swoich odkryć. Tak też stało się z promieniotwórczością. Spróbuję więc przedstawić kilka przykładów dotyczących tak pozytywnych, jak i negatywnych skutków jej odkrycia.

1. ZALETY

a) Zastosowanie w medycynie

Izotopy promieniotwórcze stały się niezwykle użyteczne w rozpoznawaniu (diagnostyce) oraz terapii różnych dolegliwości. Dział ten nazwano medycyną nuklearną.

Wykorzystanie diagnostyczne izotopów promieniotwórczych opiera na umieszczeniu materiału promieniotwórczego w narządach czy tkankach naszego organizmu, natomiast później na rejestrowaniu promieniowania przy pomocy detektorów ulokowanych obok badanych narządów. Często dzięki tej metodzie zmiany chorobowe są wcześniej wykrywane i całkowicie niwelowane. Do najczęstszych badań zalicza się m.in. Wszelkiego rodzaju scyntygrafie tarczycy, płuc, wątroby, nerek, mózgu itp., badania radioimmunologiczne, renografie, angioscyntografie, cysternografie oraz mielografie izotopowe itp.

Natomiast wykorzystywanie radioaktywnności w samym leczeniu polega najczęściej na kontrolowanym napromieniowaniu miejsc chorobotwórczo zmienionych, czyli większości nowotworów.

Innym zastosowaniem jest wytwarzanie pewnego rodzaju baterii tzw. baterii jądrowej, która służy jako źródło mocy w stymulatorach serca.

Znany nam aparat rentgenowski lub bardziej dokładna tomografia komputerowa oparte są, również na izotopach radioaktywnych.

b) Napromieniowanie żywności

Równie znaną techniką jest napromieniowanie żywności. Wykorzystuje się ją, aby móc dłużej gromadzić jedzenie. Na podstawie analiz stwierdzono, iż żywność utrwalana radiacyjnie nie jest szkodliwa ani radioaktywna, ale tak samo jak i inne procesy utrwalające radiacja powoduje niektóre zmiany chemiczne w żywności. Ich typ oraz zasięg uzależnione są od chemicznej dawki promieniowania, temperatury, zawartości produktu, a także dostępu światła oraz tlenu w czasie napromieniania. Na skutek promieniowania jonizującego powstają na przykład wolne rodniki, jak również maleje o 20-60% skład witamin A, B1,C oraz E. Należy powiedzieć również, iż takie same zmiany powstają w żywności na skutek termicznej obróbki albo długotrwałego jej gromadzenia.

c) Energetyka jądrowa

Ważnym aspektem jest posługiwanie się promieniotwórczością jako źródłem energii. Energia pozyskiwana z rozszczepienia ciężkich jąder pierwiastków (głównie uranu 235) w elektrowniach jądrowych, w reaktorach służących do napędu okrętów, w zasilaczach izotopowych (SNAP) itd., staje się stopniowo nieodzownym elementem całej gospodarki energetycznej.
W reaktorach elektrowni atomowych przebiega kontrolowana reakcja łańcuchowa, podczas której rozszczepiane jest tyle jąder, ile potrzeba do wytworzenia energii elektrycznej. Taka sprawnie działająca elektrownia nie jest bardziej niebezpieczna dla środowiska niż elektrownia cieplna. Największe kontrowersje wokół energetyki jądrowej związane są z problemem powstawania, transportu i składowania odpadów promieniotwórczych, a także z ewentualnymi awariami elektrowni.

d) Inne

Od czasów Marii Skłodowskiej - Curie oraz Hevesy'ego naukowcy, technicy oraz badacze znajdują stale nowe ewentualności zastosowania promieniowania jonizującego w różnych etapach działalności człowieka.

Nie jestem w stanie przedstawić wszelkich sposobów wykorzystania promieniotwórczości. Znajduje ono zastosowanie w konserwacji żywności, badaniu i terapii medycznej, czyszczeniu sprzętu medycznego, rolnictwie, poszukiwaniu źródeł wody, również w odkrywaniu oraz niwelowaniu skażeń środowiska naturalnego.

Promieniowanie jonizujące stosuje się także do zamiany budowy chemicznej substancji, budowania bardzo czułych detektorów (czujek) dymu, również do analizowania zanieczyszczenia jezior, zbiorników wodnych oraz wód gruntowych

Techniki jądrowe (izotopowe) wykorzystuje się w górnictwie, archeologii, geologii. Dzięki nim jesteśmy w stanie, np. dokładnie podać wiek analizowanych skał lub minerałów, jak również wiek szczątków żywych organizmów.

Promieniowanie oraz techniki jądrowe wykorzystuje się przede wszystkim w przemyśle. Nie jesteśmy w stanie wyobrazić sobie aktualnej produkcji przemysłowej bez izotopowych mierników grubości, poziomomierzy, analizatorów składu materiałów, defektoskopów, gęstościomierzy itp. Działanie nowoczesnej gospodarki bez wpływu technik jądrowych byłoby nierealne.

2. WADY

Od dawna wiadomo, że promieniowanie oddziaływuje na organizm człowieka. Normalnie organizmy narażone są na pochłanianie pewnych dawek promieniowania, które nie przyczyniają się do znacznego ubytku zdrowia osobników. Gdy dany organizm narażony jest na pochłonięcie znacznej dawki promieniowania, należy liczyć się z powstaniem powikłań w postaci różnych chorób, co zostało już wielokrotnie dowiedzione. Wtedy występuje duże prawdopodobieństwo zmian somatycznych lub genetycznych. Skutkiem somatycznym są oparzenia popromienne, choroba popromienna, białaczka i inne nowotwory, zniszczenie kośćca. Skutki somatyczne mogą jednak czasem objawiać się na inne, całkiem niespotykane sposoby. W przypadku wystawienia organizmu na promieniowanie o bardzo wysokiej mocy możliwa jest jego śmierć.

Drugą ważną grupę skutków popromiennych stanowią zmiany genetyczne. Mogą one zachodzić także przy mniejszych wartościach napromienienia. W przypadku zajścia skutków somatycznych, zwykle mamy także do czynienia z wystąpieniem skutków genetycznych. Zmiany te będą przekazywane następnym pokoleniom.

Teraz pytanie: co może powodować negatywne skutki? Przedstawię kilka możliwości:

a) Broń jądrowa

Bez wątpienia złą sławę promieniotwórczości zapewniła bomba atomowa. W czasie II wojny światowej badania nad możliwością wykorzystania energii emitowanej podczas rozszczepiania jąder atomowych ruszyły pełną parą. Aby zbudować bombę atomową trzeba było zrobić dwie podstawowe rzeczy - stworzyć odpowiedni mechanizm bomby i wyprodukować wystarczająco dużo materiału rozszczepialnego. Aby wykonać to drugie zadanie zbudowano dwa kompleksy przemysłowe - jeden produkujący wzbogacony uran, a drugi pluton. Na nieszczęście projekt powiódł się czego dowodem był atak USA na Japonię i zrzucenie dwóch śmiercionośnych bomb.
Dopiero wtedy ludzkość poznała skutki reakcji łańcuchowej. Siła rażenia okazała się daleko większa niż w przypadku konwencjonalnego materiału wybuchowego. Japońskie Hiroszima i Nagasaki legły w gruzach. Zginęło ponad 150000 ludzi nie licząc osób, zmarłych na skutek choroby popromiennej.
Głównymi czynnikami rażącymi w bombie atomowej są: fala uderzeniowa, promieniowanie cieplne, promieniowanie gamma i neutronowe, skażenie radioaktywne. Oprócz zwykłej broni jądrowej opracowano drugi rodzaj broni - broń termojądrową. Tu energia wydzielana jest wskutek syntezy jąder izotopów wodoru - deuteru i trytu. Na tym jednak nie koniec do tej pory człowiek wymyślił o wiele więcej odmian broni jądrowej m.in. bomby kobaltowe, brudne bomby itp.

b) Katastrofy ekologiczne związane z materiałami promieniotwórczymi

Do tego podpunktu można zaliczyć wszelkie katastrofy okrętów z napędem atomowym, rakiety z materiałem radioaktywnym leżące w głębinach oceanów. Wiele awarii reaktorów, zatem urządzeń będących pokojowym zastosowaniem rozszczepiania jąder atomów, w tym awarie w Windscale, w Pensylwanii oraz jedna z najtragiczniejszych - w Czarnobylu przekonały nas, że "żywioł jądrowy" wydarłszy się spod ludzkiej kontroli może wyrządzić wiele zła. Szkody spowodowane podobnymi incydentami często mają zasięg pozalokalny. Obszar skażeń powstałych w wyniku katastrofy czarnobylskiej był zaskakująco rozległy, gdyż objął nawet państwa położone na skraju Europy, jak Wielka Brytania czy Skandynawia, powodując śmierć wielu ludzi także w późniejszym czasie na skutek napromieniowania. Wycieki wody radioaktywnej w 1979 r. w USA i w 1981 r. w Japonii spowodowały znaczny wzrost aktywności promieniotwórczej wody w akwenach, a także skażenie gleby.

c) Przedmioty codziennego użytku

Tu poruszam sprawy najbardziej nam bliskie, otóż nie każdy wie, że promieniotwórczość wykorzystana dla naszej wygody także ma na nas negatywny wpływ. Przykładem są choćby kuchenki mikrofalowe, telefony komórkowe, linie wysokiego napięcia, promieniowanie Rentgenowskie, izotopowe czujki dymu i wiele innych, w których różne formy radioaktywności znalazły praktyczne zastosowanie.

Nie do końca jednak wiadomo jaka dawka promieniowania może być tak naprawdę niebezpieczna. Istnieją dwie teorie: jedna o szkodliwości każdego promieniowania nie zależnie od ilości, druga przyjmuje progi powyżej, których organizm doznaje szkody. Niezależnie, którą teorię przyjmiemy za prawdziwą, istnieje pewien próg szkodliwości promieniowania i nie należy podważać wiarygodności przeprowadzonych badań w zakresie radiobiologii. Myślę, że opowiadanie się za którąś z wymienionych teorii byłoby przedwczesne. Dlatego dopóki nie poznamy całkowicie natury promieniowania nie nadużywajmy jego oddziaływania.

Podsumowując zjawisko radioaktywności wykorzystywane racjonalnie, w celach pokojowych i z użyciem środków bezpieczeństwa jest czymś pozytywnym i tylko od człowieka zależy czy będzie częściej przeżywało chwile chwały czy pozostawi cień na historii ludzkości. Tylko do nas należy ten wybór...