Niekedy mám pocit, že mnoho ľudí má predsudky v niektorých veciach, dokonca ak ich nepozná a bezhlavo sa riadí podľa spoločnosti vo svojom okolí určitými pravidlami, nad ktorými sa vlastne nikdy nezamyslel a neuvažoval, či sú správne. Podobne je na tom dozimetria, teda určitá časť fyziky, ktorá sa zaoberá žiarením. Ak človek počuje o rádioaktivite, hneď sa mu zaiste vybaví Černobyľ, alebo atómová bomba... A liečba rádioaktivnym žiarením?? Katastrofa.
Hneď na úvod by sme sa mali zamerať na základné pojmy. Žiarenie, ako prenos určitej energie a hybnosti priestorom možno rozdeliť na elektromagnetické a korpuskulárne (časticové). Elektromagnetické žiarenie je napríklad žiarenie infračervené, Rentgenové, ultrafialové, ale ide i o klasické viditeľné svetlo. Korpuskulárne žiarenie je však prúd častíc –elektrónov, pozitrónov, protónov a iného.
Tu sa však už rozprávame o rôznych časticiach, preto sa sústredime i na atóm. Už zo základnej školy vieme, že všetko okolo nás, i nás, tvoria molekuly. Tie sú vlastne „pospájané“ atómy. Atóm (atomus =nedeliteľný) je častica guľovitého tvaru skladajúca sa z obalu a jadra. Vieme, že v jadre sú neutróny a protóny, v obale nájdeme elektróny. To nám pre pochopenie rádioaktívneho žiarenia stačí. V minulosti sa však myslelo, že atóm je už nedeliteľná častica, to sa však vyvrátilo, keď sa zistilo, že obsahuje ďalšie častice. V poslednom čase sa však ďalej predpokladá, že ani to nie je koniec, alebo začiatok. Podľa určitej teórie neutróny a protóny pozostávajú z ešte menších častíc, quarkov. Teória v jednoduchosti spočíva v tom, že protón a neutrón obsahuje po 3 druhy quarkov. Podľa toho, aké typy quarkov obsahujú, vzniká protón, alebo neutrón. Ich veľkosť je približne takáto:
Ide teda o nepredstaviteľné veľkosti. Ak má atóm veľkosť asi 10^-8 cm, teda 0,00000001 cm, jadro má veľkosť 0,000000000001 cm, protón 0,0000000000001 cm a quark spolu s elektrónom 0,0000000000000001 cm. Samé nuly, že? :)
Rádioaktívne premeny možno rozdeliť na tri typy: premena alfa, beta a premena gama.
Premena alfa
Častica alfa je vo fyzike chápaná ako jadro atómu hélia. Je tvorená dvoma protónami a dvoma neutrónami. Ak máme prvok X, z ktorého emitujú častice alfa, hovoríme o žiarení alfa. Ide o najslabší druh jadrového žiarenia. Alfa častice sa pohybujú pomaly a majú slabú prenikavosť, no majú i silné ionizačné účinky na okolie. Žiarenie alfa však možno zamedziť listom papieru. Toto žiarenie sa vyskytuje pri premenách ťažkého kovu, ide teda o spontánnu „úpravu“ atómu, ktorému ako keby energeticky nevyhovoval počet subčastíc.
https://upload.wikimedia.org/math/c/2/4/c24b286f6fa561fbf50bebd5a8c8f7be.png
https://upload.wikimedia.org/math/9/2/4/924ae9c20d4b164941c94714effb183e.png
Premena Beta
Premenu beta možno rozdeliť na beta mínus a beta plus, teda podľa toho, či z častice emituje negatrón (beta -), alebo pozitrón (beta +). Premena beta mínus súvisí s rozpadom neutrónu. Neutrón sa rozpadá na protón, elektrón a uvoľnenú energiu. Naopak, premena beta plus je charakteristická prúdom pozitrónov (častica antielektrónov -elektróny s kladným nábojom). Obe typy premeny beta sú charakteristické tým, že sa pohybujú rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla a vychyľujú sa v elektrickom alebo magnetickom poli.
Premena Gama
Premena Gama je typická tým, že k nej dochádza súčastne pri inom type žiarenia. Jadro častice po radioaktivnej premene (alfa alebo gama) prechádza do energeticky vzbudeného stavu. Toto jadro sa prakticky okamžite svojej energie zbavuje tým, že zo seba vyžiari fotón (kvantum elektromagnetickej vlny) a takto prechádza do základného stavu.
Interakcie žiarenia s látkou
Otázne je, ako interaguje takéto žiarenie s látkou. Je možné, že dôjde buď k absorpcii žiarenia, alebo jeho rozptylu, či dokoca doletu žiarenia. Iontové žiarenie (pri žiarení alfa) spôsobí excitáciu a ionizáciu elektrónov. Jeho dosah je vo vzduchu pár centimetrov, no cez tkanivo sa prakticky nedostane (dosah 10^-8 m). Emitácia elektrónov pri premene beta má vo vzduchu dosah niekoľko metrov, v tkanive pár mikrometrov až pár milimetrov. Pozitróny sa však správajú zaujímavým spôsobom. Ako sme hovorili, pozitrón je častica podobná elektrónu, no má kladný náboj. Ak sa takáto častica zrazí s elektrónom, oba častice zaniknú a namiesto nich vznikajú dva fotóny o energii 511 keV, pričom emitujú do protiľahlých smerov. Čo sa týka interakcii žiarenia gama s látkou, môže dôjsť k trom javom: prvým je fotoelektrický jav (fotón predá všetku svoju energiu elektrónu z K vrstvy v el. obale), druhý jav sa nazýva Comptonov jav (fotón predá časť svojej energie valenčnému –teda krajnému elektrónu v el. obale) a posledný jav je charakteristický tvorbou elektronového páru.
Ako detektovať žiarenie
Detektovať žiarenie možno pomocou jednoduchého prístroja, ktorý meria prítomnosť buď ionizácie plynov alebo prítomnosť excitácie (scintilačné metódy). Scintilačné metódy sa využívajú napríklad pri práci v prítomnosti žiarenia. Prístroj pozostáva napríklad z tália, alebo z jodidu sodného. Tieto látky sú nanesené napríklad na malý predmet (napríklad prsteň, alebo malú doštičku). Látka má schopnosť meniť svoje zafarbenie v závislosti od prítomnosti žiarenia. To sa využíva pri žiarení gama. Žiarenie beta detekuje napríklad antracén a stilbén. Existuje však oveľa viac druhov detektorov, napríklad monokryštál germánia, kremíka, rôzne fotografické emulzie a využívajú sa tiež luminiscenšné metódy.
Aký má účinok žiarenia na organizmus
Nie je pochýb o tom, že ionizujúce žiarenie vyvoláva pri absorpcii živým tkanivom rôzne biologické zmeny, ktoré zvyšujú riziko poškodenia organizmu. Existujú tri fázy účinku: prvou fázou je fyzikálny účinok, druhou je chemický účinok charakteristický tvorbou toxických produktov (voľné radikály, peroxidy) a treťou fázou je biologická fáza, ktorá sa deje na bunkovej úrovni (hlavne poškodenie deoxyribonukleovej kyseliny zlomom dvojvlákna a tvorba atypických mostíkov). Dôsledkom je reprodukčná smrť buniek a mutácie bunky. Ak sa poškodí väčší počet buniek, dochádza k deterministickým (akútne ochorenie z ožiarenia, akútne lokálne zmeny, zákal očnej šošovky) a stochastickým účinkom (zhubné nádory a genetické zmeny). Pri vysokých dávkach je riziko vzniku fatálnych nádorov stanovené Medzinárodnou komisiou pre radiačnú ochranu v priemere 10% pri efektívnej dávke 1 Sv. Pri nízkych dávkach je riziko vzniku nádorov stanovené vzťahom :
Riziko= Efektívna dávka (Sv) x rizikový faktor (Sv^-1)
Rizikový faktor je odhadnutý na hodnotu 5x10^-2 Sv^-1 . To znamená, že pri efektívnej dávke 10mSv je navýšenie rizika vzniku nádorov 5x10^-4 .
Prirodzená radiácia
Je samozrejmé, že sa v prírode vyskytuje aj prirodzený zdroj rádioaktívneho žiarenia. Ide o žiarenie kozmické, radiáciu zo zemných zdrojov a o radiáciu rádioaktívnymi prvkami v ľudskom tele. Kozmické žiarenie má pôvod v medzihviezdovom priestore a na Slnku. Je tvorené širokým spektrom prenikavej radiácie, ktorá interaguje s prvkami v atmosfére. Atmosféra tak tvorí akýsi „štít“ ochraňujúci Zem pred kozmickým žiarením. Na hladine mora je dávka z kozmického žiarenia v priemere 0,2 mSv/rok, vo výške 3000 m okolo 1 mSv/rok. Zemská kôra obsahuje tiež malé množstvo rádioaktívnych prvkov, ktoré pochádzajú z doby vzniku Zeme. Najdôležitejšími prírodnými rádionuklidami sú U238, K40, Th232 a Rb87 . Dávkový príkon z týchto zdrojov závisí na geografickej polohe.
Radiácia z umelých zdrojov
Rádioaktívny rozklad však možno využiť v prospech človeka, napríklad v lekárskom odvetí možno radiáciu využiť pri Rentgenovej diagnostike a terapii, rádioterapii gama žiarením, či nukleárnej medicíne. Notoricky sú známe tiež jadrové elektrárne, ktoré spôsobujú únik rádioaktívnych látok do životného prostredia skutočne len v malom množstve, avšak nesú so sebou riziko havárie, pri ktorom je únik týchto látok veľký. Zdrojom radiácie je však aj váš televízor, hlásič požiaru, ktorý obsahuje žiarič alfa a hodinky s rádioaktívnimy svietiacimi farbami.
Záverom...
Rádioaktívny rozpad v prírode je skutočne prírodného pôvodu, radiácia tu bola, je a bude, preto nepredstavuje pre nás žiadne riziko ohrozenia zdravia. Jediným rizikom je človek, ktorý priloží ruku k vývoju atómových bômb a k nedodržiavaní noriem stanovených pre jadrové elektrárne. Malá zaujímavosť na záver: Maria Curie-Skłodowska bola poľská vedkyňa, ktorá vo svojom živote skúmala taktiež rádioaktívne premeny, ktorými bola doslova posadnutá. Vymyslela tiež počítač, avšak bol tak radioaktívny, že sa ho nebolo možné dotknúť.
