Wpis opublikowany przez Lord Nargogh
1418 wyświetleń
Promieniowanie i radioaktywność to zjawiska dość często pojawiające się w książkach, grach i filmach (zwłaszcza z lat 50, gdy stanowiły one realne zagrożenie). Czy mamy do czynienia z napromieniowanym miejscem akcji, superbohaterem który zdobył moce po nieszczęśliwym wypadku na składowisku odpadów, światem po kataklizmie nuklearnym czy też zwykłym zagrożeniem atomowym w filmie sensacyjnym, wreszcie kończąc na planach budowy/rekonstrukcji elektrowni atomowych w wielu miejscach na świecie - tematyka ta jest jak najbardziej aktualna i popularna. Serie takie jak 'Fallout' i 'S.T.A.L.K.E.R' mają bardzo wielu wiernych fanów, jednak czy zdają sobie oni sprawę z faktycznych skutków działania i ogólnej natury promieniowania korpuskularnego i falowego? Czy jeśli wpadniemy do kotła ze słynnym symbolem 
, zyskamy specjalne moce? W serii wpisów postaram się odpowiedzieć na to oraz kilka innych pytań.
Na początek może określmy, jakiego rodzaju promieniowaniem będziemy się zajmować. Wbrew pozorom sprawa nie jest oczywista, bowiem nawet wokół komputera, na którym właśnie piszę znajduje się pola elektryczne i magnetyczne, nie wspominając już o tym, że widzę pisany tekst dzięki detekcji promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez monitor za pomocą moich oczu. W tym wpisie skupię się na promieniowaniu cząstkowym (alfa, beta+, beta-), i to powstałym na skutek naturalnego rozpadu, a nie reakcji jądrowej (o reakcjach powstanie oddzielny wpis).
Promieniowanie cząstkowe to po prostu strumień cząstek emitowanych na skutek rozpadu jąder atomowych - czy to naturalnego, czy na skutek reakcji jądrowej. Najprostszymi przykładami takiego promieniowania jest tzw. promieniowanie jonizujące, dzielące się na promieniowanie alfa, beta plus i minus, oraz gamma.
Promieniowanie alfa składa się ze strumienia podwójnie zjonizowanych atomów helu. Mówiąc bardziej po ludzku - jąder helu, tego samego pierwiastka, który unosi baloniki dla dzieci do góry. Jednak sam hel nie jest przecież groźny, niektórzy ludzie dla zabawy wdychają niewielkie jego ilości, by potem mówić śmiesznym, cienkim głosikiem. Problem jednak polega na tym, że jak wspomniałem już wcześniej, nie jest to po prostu hel, a hel pozbawiony dwóch elektronów. Jest to cząstka niezwykle silnie jonizująca. Związane jest z tym zarówno największe niebezpieczeństwo materiałów promieniujących cząstkami alfa, jak i jego swojego rodzaju nieszkodliwość. Ponieważ cząstka alfa jest silnie jonizująca, na swojej drodze wykonuje bardzo dużo reakcji jonizacji napotkanych cząstek, tracąc przy tym swoją energię i ostatecznie dejonizując się do cząstki obojętnej. W związku z tym, 'zasięg' takiego promieniowania w powietrzu wynosi zaledwie 10 cm, a do ochrony przed nim wystarczy osłona ze zwykłej kartki papieru, a wręcz skóry. Nie wolno jednak ignorować niebezpieczeństwa takiego promieniowania - ze względu na ten silny efekt jonizacji, robi potężny bigos na swojej drodze. Nie wiem czy słyszeliście o przypadku niejakiego Litwinienki, który wypił herbatę z niewielką ilością materiału promieniującego cząstki alfa. Zrobiło to bigos z jego narządów wewnętrznych i zmarł on w ciągu trzech tygodni prawdziwych męczarni. Jest zatem bardzo niebezpieczne, jeśli dostanie się do środka ludzkiego ciała czy to drogą oddechową, czy pokarmową.
Promieniowanie beta to inaczej strumień elektronów lub pozytonów (w zależności od ich ładunku, mówimy o beta plus (pozytony) lub beta minus (elektrony). Tym niemniej nie można powiedzieć, że działko elektronowe emituje promieniowanie beta - wszystko rozchodzi się w sposobie powstawania tego promieniowania. Jeśli powstaje ono na skutek reakcji jądrowych, to mamy do czynienia z promieniowaniem beta, w innym przypadku po prostu ze strumieniem elektronów. By zasłonić się przed promieniowaniem beta, wystarczy kilkucentymetrowej grubości tarcza z plastiku, kilka milimetrów metalu, bądź kilkanaście metrów powietrza. Ponieważ beta plus i minus różnią się ładunkiem, w różny sposób również przechodzą przez materiał. Beta minus będzie zwalniać na skutek zderzeń z jądrami i elektronami w materiale i może wytrącić jeden z elektronów na orbitalu i zająć jego miejsca. Beta plus natomiast składa się z pozytonu, który w momencie osiągnięcia prędkości porównywalnej z prędkościami elektronów na orbitach materiału, zanihiluje się z jednym z nich (czyli ulegnie unicestwieniu), emitując dwa kwanty (porcje) promieniowania gamma. Promieniowanie beta powstaje na skutek rozpadu neutronu (elektron) lub protonu (pozyton). Jest jak najbardziej niebezpieczne, ale wykorzystane w odpowiedni sposób, może ratować ludzkie życie - więcej szczegółów o samych reakcjach i zastosowaniach opiszę w kolejnych wpisach.
To, czy dany izotop rozpadnie się z emisją beta plus czy minus jest z góry zdeterminowane przez jego budowę, a co za tym idzie pozycję na wykresie izotopów (oś N oznacza liczbę masową - sumę protonów i neutronów w atomie, a Z liczbę atomową - liczbę samych protonów.)
Pośrodku znajduje się tzw. ścieżka stabilności, która oznacza związki nieulegające naturalnemu rozpadowi. Warto powiedzieć, że istnieje duża rozbieżność okresów połowicznego rozpadu (czyli ilość czasu, po której liczba cząstek izotopu maleje o połowę na skutek naturalnego rozpadu) od ułamków ułamka sekundy, po miliardy lat. Co to oznacza w praktyce? Daje nam szerokie możliwości określania wieku różnych zabytków, próbek mineralnych, biologicznych, a nawet o wieku samej ziemi. Pozwala też oszacować, po jakim czasie napromieniowany teren/odpady przestaną stanowić zagrożenie, jeśli człowiek nabroi.
Na zakończenie opowiem pewną anegdotę opowiedzianą mi przez prowadzącą laboratoria z ochrony radiologicznej. Pewien student podczas ćwiczeń nad potasem 40 postanowił sobie wziąć nieco materiału na pamiątkę do domu, schował go zatem do kieszeni. Czego nie przewidział, to że zostanie poddany drobiazgowemu pomiarowi promieniowania przed wyjściem z pracowni (standardowa procedura, raczej żeby upewnić się, że nam nic się nie stało niż żeby łapać złodziei). Próbka została znaleziona w kieszeni, a student pozbawiony ubrań z zastrzeżeniem, że będzie mógł je odzyskać za kilkanaście miliardów lat. Wracał do domu na golasa zimową porą.
5 komentarzy
Rekomendowane komentarze