Promieniowanie jądrowe
Promieniowanie jądrowe to promienie elektromagnetyczne lub korpuskularne wysyłane z jąder atomowych na skutek zachodzących w nich procesów. Do najważniejszych procesów jądrowych, którym towarzyszy emisja promieniowania jądrowego należą:
-
rozpad promieniotwórczy (promieniowanie alfa, beta, gamma),
-
reakcje jądrowe (oprócz tych trzech rodzajów promieniowania
-
emisja neutronów, protonów, deuteronów itp.).
Promieniowanie jądrowe może być korpuskularne (alfa, beta, neutrony itp.), tzn. mające pewną masę spoczynkową, oraz elektromagnetyczne, nie mające masy spoczynkowej. Zarówno cząstki alfa, beta, neutrony jak i fotony promieniowania gamma w momencie opuszczania jądra mają określoną energię, zależną od rodzaju izotopu i rodzaju przemiany jądrowej. Energię tę tracą stopniowo w ośrodku, przez który przechodzą, na skutek oddziaływania z jądrami lub elektronami atomów ośrodka, i po całkowitej utracie energii przestają istnieć. Czas istnienia promieniowania jądrowego emitowanego w wyniku rozpadu promieniotwórczego jest z reguły mniejszy od milionowej części sekundy, natomiast neutronów – rzędu dziesiątych części sekundy do kilku sekund. Cechą charakterystyczną promieniowania jądrowego jest jego widmo, czyli rozkład natężeń promieniowania jądrowego wysyłanego przez jądro atomowe w funkcji energii cząstek tego promieniowania. Dla promieniowania a i c oraz elektronów konwersji wewnętrznej widmo jest liniowe, tzn. są rejestrowane oddzielne grupy cząstek o równych w przybliżeniu energiach w obrębie każdej grupy. Dla promieniowania b widmo jest ciągłe, gdyż elektron zabiera tylko część energii wyzwalanej przy rozpadzie (resztę zabiera neutrino); nie ma więc ściśle określonej wartości energii dla danego przejścia. Dla promieniowania c bada się, oprócz widma emisyjnego, także widmo absorpcyjne – rozkład intensywności absorpcji promieniowania c w jądrach atomowych w funkcji energii promieniowania. Przy zaniedbaniu energii odrzutu jądra atomowego widmo emisyjne i absorpcyjne danego typu jąder powinno być identyczne. Pomiar widma promieniowania jądrowego jest zadaniem spektroskopii jądrowej. Znajomość widma promieniowania jądrowego umożliwia odtworzenie schematu poziomów danego jądra atomowego, a stąd dostarcza ważnych informacji o jego strukturze. Jednostki pomiaru i metody wykrywania skażeń promieniotwórczych: Promieniowanie jonizujące emitowane z różnych źródeł (wybuchu jądrowego, izotopów promieniotwórczych, aparatów rentgenowskich itp.) daje się wykrywać i mierzyć. Ma ono bowiem określone właściwości i wywołuje na swej drodze różne zjawiska. Zostały one wykorzystane przy budowie przyrządów pomiarowych. W praktyce wykorzystuje się kilka metod. Metoda fotograficzna opiera się na zjawisku zaczerniania się światłoczułej emulsji kliszy lub błony fotograficznej pod wpływem promieniowania jonizującego. Jest ona m.in. wykorzystana w zdjęciach rentgenowskich i przyrządach do kontroli napromieniowania. W metodzie chemicznej korzysta się z faktu, iż niektóre substancje chemiczne zmieniają zabarwienie pod wpływem promieniowania. Ma ona zastosowanie w dozymetrach chemicznych używanych w wojsku i obronie cywilnej. Metoda luminescencyjna (scyntylacyjna) polega na wykorzystaniu zjawiska świecenia pewnych substancji chemicznych w wyniku napromieniowania. Liczba błysków w określonym czasie pozwala określić moc dawki lub stopień skażenia promieniotwórczego. Metodę tę stosuje się w rentgenoradiometrach niektórych typów. Metoda jonizacyjna jest związana z pomiarem stopnia jonizacji atomów substancji, będących pod działaniem promieniowania jonizacyjnego. Metoda ta jest stosowana w rentgenometrach (pomiar mocy dawki) oraz radiometrach (pomiar stopnia skażenia). W celu ujednolicenia miar stosowanych w poszczególnych państwach został wprowadzony Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (w skrócie SI). Układ SI przewiduje również stosowanie nowych jednostek miar promieniowania jonizującego. Jednostki dotychczasowe są dopuszczone do przejściowego stosowania, szczególnie wtedy, gdy użytkowane jeszcze przyrządy są kalibrowane w starych jednostkach. Pomiary promieniowania dotyczą głównie dwóch zjawisk: napromieniowania oraz skażenia promieniotwórczego. Napromienienie to poddanie działaniu promieniowania jonizującego np. obiektów, żywności, wody, a także organizmów żywych. Napromienienie może być zewnętrzne lub wewnętrzne w zależności od tego, gdzie znajduje się źródło promieniowania. Skażeniem promieniotwórczym nazywamy zanieczyszczenie terenu, wody, powietrza, żywności, powierzchni różnego rodzaju przedmiotów i obiektów, a także ludzkiego ciała substancjami promieniotwórczymi. Skażenia osobiste mogą być zewnętrzne, gdy występują na zewnętrznych powierzchniach ciała, i wewnętrzne, gdy powstają wskutek przedostania się substancji promieniotwórczych do wnętrza organizmu. Do oceny wielkości promieniowania służą pojęcia: "dawka" i "moc dawki". Dawka promieniowania jest zasadniczą, ilościową charakterystyką rażącego działania promieniowania przenikliwego w warunkach przebywania i działania w strefie wybuchu jądrowego lub w terenie skażonym substancjami promieniotwórczymi. Rozróżnia się dawkę ekspozycyjną i dawkę pochłoniętą, wyrażające fizyczne oddziaływanie promieniowania na materię, oraz równoważnik dawki, który uwzględnia także oddziaływanie promieniowania na organizm żywy. Dawka ekspozycyjna jest miarą jonizacji powietrza pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego X lub gamma. Jednostką dawki ekspozycyjnej w obecnie stosowanym układzie SI jest kulomb na kilogram (C/kg). W starszych typach przyrządów dozymetrycznych do określania dawki ekspozycyjnej służy jednostka zwana rentgenem (R) Bardziej uniwersalne jest pojęcie dawki pochłoniętej, która jest miarą ilości energii przekazanej danej materii przez promieniowanie jonizujące w przeliczeniu na jednostkę masy tej materii. Jednostką dawki pochłoniętej jest rad (rd), a w układzie SI - grey (Gy) lub centygrey (cGy). Wielkość dawki pochłoniętej przez organizmy żywe nie daje pełnego obrazu zjawisk chemicznych i biologicznych, jakie w nich zachodzą. Informacja ta musi być uzupełniona wiedzą o rodzaju promieniowania, wielkości napromieniowanego obszaru ciała, rodzaju narządu lub tkanki, a także o czasie, w jakim dawka została pochłonięta, czyli o mocy dawki. Moc dawki promieniowania to dawka promieniowania w jednostce czasu, czyli stosunek dawki do czasu, w którym została otrzymana. W praktyce przy mniejszych przedziałach czasu używa się pojęcia "moc dawki", przy większych - pojęcia "dawka tygodniowa, miesięczna, roczna". Do oceny skutków działania biologicznego promieni alfa, beta, X, delta oraz strumienia neutronów (przy kilku rodzajach promieniowania naraz sumuje się wszystkie dawki) służy jednostka zwana biologicznym równoważnikiem dawki. Jest nią rem, a w układzie SI siwert (Sv) i jego pochodne: mili- i mikrosiwert. Zależność między jednostką siwert a remem wyraża się: l Sv = 100 remów. W odniesieniu do skażeń promieniotwórczych stosuje się pojęcia "gęstość skażenia" i "aktywność". Gęstość skażenia promieniotwórczego oznacza się na podstawie ilości substancji promieniotwórczej, przypadającej na jednostkę skażonej powierzchni. W praktyce skażenia promieniotwórcze terenu określa się za pomocą jednostek mocy dawki, a powietrza, wody i żywności oraz powierzchni przedmiotów aktywnością, czyli liczbą rozpadów zachodzących w jednostce czasu w określonej jednorodnej substancji promieniotwórczej. Dotychczas używaną jednostką pomiaru aktywności jest curie lub kiur (Ci). Jest to aktywność ciała promieniotwórczego, w którym w czasie jednej sekundy zachodzi 37 miliardów przemian (rozpadów) jądrowych: l Ci = = 3,7 x 1010 rozpadów/s. Jest to jednostka bardzo duża, odpowiadająca aktywności l g radu, dlatego w praktyce używano pochodnych kiuru, np. mili-lub mikrokiur. W układzie SI jednostką aktywności jest bekerel (Bq). Aktywność jest równa jednemu bekerelowi, jeżeli w ciągu jednej sekundy zachodzi jedna przemiana (rozpad): l Bq = l rozpad/s. W praktyce pomiarowej, ze względu na to, że bekerel jest jednostką bardzo małą, operuje się jego wielokrotnością, np. kilo-, mega-, giga-, terabekerel. Zależność między jednostkami kiuru i bekerelem wyraża się następująco: l Ci = 3,7 x 1010 Bq = = 37 Gbq. Aktywność substancji promieniotwórczej odniesiona do masy, objętości lub powierzchni jest aktywnością właściwą materiału (obiektu). Dotychczas stosowaną jednostką aktywności właściwej w jednostce masy (np. materiału sypkiego) jest kiur na gram (l Ci/g), w jednostce objętości (np. cieczy) - kiur na centymetr sześcienny (l Ci/cm3), a w jednostce powierzchni - kiur na centymetr kwadratowy (l Ci/cm2). Analogicznie jednostkami aktywności właściwej w układzie SI są bekerel na kilogram (l Bq/kg), bekerel na metr sześcienny (l Bq/m3) i bekerel na metr kwadratowy (l Bq/m2). W wyniku samoczynnego rozpadu substancji promieniotwórczych stopień skażenia promieniotwórczego w rejonie wybuchu jądrowego i wzdłuż drogi przesuwania się obłoku zmniejsza się z upływem czasu. Orientacyjnie przyjmuje się, że stopień skażenia po upływie 7 godzin zmniejsza się dziesięciokrotnie, a po 49 godzinach stokrotnie. Wykrywanie promieniowania-typy przyrządów dozymetrycznych Przyrządy dozymetryczne mają różne przeznaczenie. Do wykrywania i pomiaru mocy dawki stosuje się sygnalizatory i rentgenometry. Do określania stopnia skażenia powierzchni różnych przedmiotów używa się radiometrów, natomiast do określania wielkości dawek promieniowania pochłoniętych przez ludzi - indywidualnych, małowymiarowych dawkomierzy. Sygnalizator promieniowania RS-70 Podstawowym przyrządem do wykrywania skażenia promieniotwórczego terenu, sprzętu, pomieszczeń jest sygnalizator promieniowania RS-70. Nie wskazuje on dokładnie mocy dawki promieniowania, lecz sygnalizuje optycznie (błyski czerwonej lampki) lub akustycznie (przerywany dźwięk brzęczyka) przekroczenie określonych progów mocy dawki: 0,5 R/h, 5 R/h i 30 R/h. Jeżeli moc dawki w terenie przekroczy 0,5 R/h i sygnalizator zaczyna alarmować, należy przełączyć sygnalizator na próg 5 R/h, a gdy alarmowanie nie ustaje, należy włączyć próg 30 R/h. Częstotliwość sygnałów umożliwia uzyskanie przybliżonych informacji o mocy dawki. Gdy przy ustawieniu przełącznika progów na 0,5 R/h częstotliwość jest mała, moc dawki niewiele przekracza 0,5 R/h. Ze wzrostem mocy dawki rośnie częstotliwość sygnałów, które przechodzą w sygnał ciągły. Podobnie jest przy następnych progach sygnalizacji. Istnieje kilka innych typów sygnalizatorów promieniowania nowszej generacji produkowanych w Polsce. Sygnalizator EKO-S/k Przyrząd jest przeznaczony do wykrywania promieniowania jonizującego X, gamma i beta oraz sygnalizowania przekroczenia ustalonego progu mocy dawki. Wartość progowa alarmu mocy dawki tego przyrządu wynosi od 5 mSv/h (około 0,5 mR/h) do 5 mSv/h (około 0,5 R/h). Może on być stosowany przez służby graniczne, policyjne, straży pożarnej, ochrony radiologicznej, a także OC. Rentgenoradiometr DP-66 Do wykrywania i dokładnych pomiarów stopnia skażenia różnych powierzchni substancjami beta promieniotwórczymi, do wykrywania i pomiaru mocy dawki promieniowania gamma oraz do ładowania dozymetrów DKP-50 służy rentgenoradiometr DP-66 lub nowsza wersja tego przyrządu DP-66 M. Pozwala on na dokonywanie pomiarów promieniowania beta od tysiąca do 10 milionów rozpadów na minutę z jednego centymetra sześciennego na podzakresach IV, V i VI przy otwartej osłonie sondy, a promieniowania gamma od poziomu 0,05 mR/h niewiele przekraczającego naturalne tło promieniowania do 200 R/h w sześciu podzakresach pomiarowych. Ze względu na swą czułość rentgenoradiometr pozwala na pomiar mocy dawki, pochłoniętej od substancji promieniotwórczych znajdujących się na skażonej pyłem powierzchni (np. skóry) lub w próbkach różnych produktów i artykułów, co daje również informację o stopniu skażenia badanych powierzchni lub próbek. Pomiary wykonuje się, zbliżając sondę pomiarową na odległość 1-1,5 cm do badanej powierzchni (skóry, odzieży, opakowania) lub do badanej próbki w pojemniku. Sondę można również zanurzyć w pojemniku z badaną cieczą lub sypkim materiałem. Wskazania przyrządu przy pomiarach skażeń w terenie skażonym są sumą mocy dawki substancji promieniotwórczych, znajdujących się w otoczeniu, czyli tzw. tła promieniowania, i mocy dawki promieniowania od substancji promieniotwórczych, skażających badaną próbkę. W celu określenia skażenia trzeba odjąć od wyniku pomiaru wartość tła promieniowania. Najlepiej jednak wykonywać pomiary skażenia próbek w pomieszczeniach o dużym współczynniku osłonności lub po wyjściu z terenu skażonego. Przyrząd DP-66 jest wyposażony w gniazdo do ładowania dozymetrów DKP-50. Rentgenoradiometr DP-75 Przyrząd jest przeznaczony do pomiaru mocy dawki promieniowania gamma od 0,5 mR do 500 R/h. Ma 5 podzakresów z progami dźwiękowymi i sygnał akustyczny podawany do słuchawki. Do pomiarów promieniowania jonizującego służą również radiometry. Niektóre z nich, będące jeszcze w użyciu dla celów szkoleniowych, są przestarzałe, szczególnie ze względu na znaczny błąd pomiaru, sięgający około 30% i dodatkowe jeszcze błędy wywołane przez takie czynniki, jak zimno, wilgoć itp. Przemysł produkuje obecnie różnego typu radiometry nowej generacji. Są one używane w laboratoriach, przemyśle stosującym w produkcji izotopy promieniotwórcze, szpitalach i służbach dozymetrycznych. Takim radiometrem jest np. radiometr uniwersalny RUST-3. Umożliwia on za pomocą różnych sond dokonywanie pomiarów: mocy dawki promieniowania gamma, równoważnika mocy dawki pochodzącej od neutronów, aktywności próbek alfa, beta i gamma, skażeń powierzchni dużych i małych, skażeń cieczy. Zapewnia on również sygnalizację przekroczenia ustalonych wartości. Ma 8 podzakresów pomiarowych, a błąd pomiaru wynosi około 5%. Dawkomierze Do kontrolowania indywidualnego napromienienia ludzi służą dawkomierze. Przekroczenie dopuszczalnych dawek napromienienia ludzi może spowodować chorobę popromienną. Człowiek może być jednorazowo napromieniowany bez szczególnego zagrożenia dla zdrowia dawką 50 R (44 cGy). Dotyczy to dawki otrzymanej zarówno w jednej sekundzie, jak też w łącznym czasie czterech dni. Napromieniowanie dawką 60 R (52,8 cGy) bez szkody dla zdrowia może się dokonać wciągu tygodnia, a dawką 100 R (88 cGy) w ciągu miesiąca. Dawkomierz chemiczny DP-70 M i kolorymetrPK-56 W działaniu dawkomierza DP-70 M wykorzystano zjawisko zabarwiania się roztworu zawartego w szklanej, zasklepionej ampułce. Czas zabarwiania się roztworu wskaźnikowego wynosi od 40 do 60 minut. Otrzymaną barwę porównuje się z kompletem barwnych filtrów, umieszczonych w dysku kolorymetru. Pozwala to odczytać wartość liczbową dawki w okienku pomiarowym przedniej ścianki kadłuba kolorymetru. Zarówno dawkomierz, jak i kolorymetr mogą działać w temperaturze od -20°C do +50°C. Za pomocą tego dawkomierza można mierzyć następujące dawki promieniowania gamma: 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 450, 600 i 800 rentgenów przy mocy dawki w terenie od l do 25 000 R/h. Dawkomierz indywidualny DKP-50 z bezpośrednim odczytem dawki i dawkomierz DS-50 Podstawową częścią dawkomierzy DKP-50 i DS-50 jest komora jonizacyjna połączona z kondensatorem naładowanym określonym ładunkiem. Pod wpływem promieniowania gaz wypełniający komorę jonizuje się i kondensator się stopniowo rozładowuje. Zakres pomiarowy obu dawkomierzy wynosi od O do 50 R. W dawkomierzach DKP-50 dawkę można bezpośrednio odczytać na skali elektrometru, a w dawkomierzach DS-50 w specjalnym urządzeniu, tzw. pulpicie załadowczo-pomiarowym Zestawu indywidualnej kontroli napromienienia DP-23. Dawkomierze ładuje się w pulpicie tego urządzenia lub gnieździe do ładowania w przyrządzie dozymetrycznym DP-66. Dawkomierz indywidualny Dl-77 Jest to dawkomierz z pośrednim odczytem dawki. Rejestruje dawki w zakresie od 5 do 1500 cGy. Może być używany do wielokrotnego pomiaru dawki (przez jednego lub kilku użytkowników) bez "zerowania" aż do pełnego rozładowania. Poza wskazanymi dawkomierzami indywidualnymi istnieją dawkomierze termoluminescencyjne lub radiofbtoluminescencyjne, które pozwalają sumować dawki w ciągu dłuższego okresu. Mają m.in. postać małej tabletki lub płytki. Są przeznaczone dla pracowników służb narażonych na ciągły kontakt z promieniowaniem jonizującym. Wyniki pomiarów, dokonywanych za pomocą przyrządów dozymetrycznych, muszą być wiarygodne Promieniowanie i techniki jądrowe stosuje się szczególnie szeroko w przemyśle Nie można sobie wyobrazić nowoczesnej produkcji przemysłowej bez izotopowych mierników grubości, defektoskopów, analizatorów, gęstościomierzy itp. Funkcjonowanie nowoczesnej gospodarki bez udziału technik jądrowych byłoby niemożliwe. Zastosowanie promieniowania jonizującego w przemyśle polega na wykorzystywaniu pewnych zjawisk oddzia ywania promieniowania z materią. Śledzenie skutków tego oddziaływania pozwala na ilościową ocenę określenie właściwości fizyko- chemicznych badanych materiałów. Promieniowanie jonizujące może być również użyte do nadania materiałom nowych własności. a) Analiza aktywizacyjna - czyli jądrowa analiza składu materiałów. Za pomocą tej metody można określić lub wykryć zanieczyszczenia w półprzewodnikach, luminoforach i innych materiałach o wysokiej czystości. Można również, stosując analizę aktywacyjną, określić ilościową zawartość metali ciężkich w odpadach (np. popiołach), azotu w ziarnach, nawozach sztucznych itp. Jej zaletą jest możliwość oznaczenia jednocześnie wielu pierwiastków. Jednym z przykładów zastosowania metod analitycznych jest metoda spektometrii elektromagnetycznego rezonansu paramagnetycznego- pozwala stwierdzić obecność bardzo małych ilości substancja paramagnetycznych. Stosowana jest do: - oceny dawki napromieniowania obiektu - monitorowania procesu radioterapii - badania stopnia napromieniowania żywności Promieniowanie uszkadza łańcuch DNA, powoduje oderwanie, rozluźnienie tego łańcucha,następnie położenia pola elektromagnetycznego, powoduje wyciągnięcie nici DNA. Dzięki stosunkowi ilości wyciągniętych nici DNA do pozostałych na swoim miejscu możemy określić rozmiar napromieniowania. b) Radiometryczna aparatura przemysłowa - a więc wszelkiego rodzaju mierniki, czujniki, detektory i regulatory, w których wykorzystuje się promieniowanie- jest szeroko stosowana w polskim przemyśle. W przemyśle metalurgicznym i chemicznym (tworzywa sztuczne) wykorzystywane są grubościomierze. Natomiast mierniki poziomu materiałów ciekłych i sypkich, gęstościomierze umożliwiające zdalną i automatyczną regulację procesów technologicznych (np. bezkontaktowy pomiar stężenia kwasu siarkowego) znalazły zastosowanie również w wielu innych gałęziach przemysłu. c) Defektoskopia przemysłowa. Oprócz klasycznej radiografii stosowanej do wykrywania nieszczelności i wad w szczególnie istotnych elementach konstrukcji, a wykorzystującej promieniowanie X lub g, w ostatnich latach znaczenia nabierają specjalne metody radiograficzne: neutronografia- przydatna w prześwietlaniu materiałów lekkich, radiografia protonowa, mikroradiografia (do badania bardzo małych przedmiotów) oraz radiografia dynamiczna. Metody radiograficzne są szczególnie przydatne na budowach obiektów z konstrukcji stalowych i tam, gdzie musimy mieć pewność, że urządzenia (lub materiał, z którego zostały zrobiona) nie zawiodą podczas pracy. Są niezastąpione w przypadku, gdy trzeba zbadać przedmiot o skomplikowanym kształcie. Istotną zaletą tej metody jest możliwość wykonanie badań w terenie. d) Techniki radiacyjne-polegają na napromieniowaniu materiałów i gotowych wyrobów za pomocą wiązki elektronów lub promieni g. Techniki radiacyjne stosowane są w różnych gałęziach przemysłu. Wykorzystuje się je do sterylizacji sprzętu medycznego jednorazowego użytku (protezy naczyń krwionośnych, końcówki noży chirurgicznych, gąbki kolagenogenne, hydrożele-, które można nazwać biomateriałami, czyli takimi materiałami, które są przeznaczone do kontaktu z ciałem lub ich wewnętrznym środowiskiem i musza być sterylne i wyjałowione, pozbawione żywych mikroorganizmów), modyfikacji polimerów, materiałów oraz przyrządów półprzewodnikowych, do barwienia tkanin, szkła (naświetlane białe szkło zmienia barwę na brązową) i tworzyw sztucznych, a nawet naturalnych kamieni. Na świecie ilość produktów wytwarzanych lub modyfikowanych radiacyjnie sięga milionów ton rocznie i ciągle wzrasta. Ciekawym przykładem wykorzystania techniki radiacyjnej są termokurczliwe rurki i taśmy, które doskonale sprawdzają się jako izolacja elektryczna. Znajdują one zastosowanie wszędzie tam, trzeba wykonać trwałe i szczelne połączenia elementów konstrukcyjnych, m.in. przy montażu połączeń rur wentylacyjnych, przewodów, kabli elektrycznych. Zbudowane są z polimerów. Wiązka elektronów prowadzi do powstania wiązań poprzecznych pomiędzy łańcuchami. W efekcie tworzywa stają się silniejsze i odporniejsze, uzyskują tzw. pamięć kształtu. Po pierwszym rozgrzaniu rurka jest, co najmniej dwa razu grubsza, a po wtórnym chce powrócić do swojego pierwotnego kształtu. Zjawisko to można wykorzystać przy produkcji trwałych i cienkich folii. Techniki radiacyjne wykorzystano w technologii oczyszczenia gazów "odlotowych" z instalacji spalających m.in. węgiel. Napromieniowanie gazów wiązką elektronów powoduje zredukowanie emisji dwutlenku siarki o 95%, a tlenków azotu o 80%. Proces ten wykorzystywany jest w elektrowni w Kawenczynie koło Warszawy. Produkuje ona znaczne ilości spalin ( dwutlenku siarki i tlenków azotu). Część spalin odprowadzana jest do osobnej instalacji, a tam wiązki elektronów z akceleratora powodują jonizację i wzbudzenie cząstek gazów. W związku z tym stają się bardziej reaktywne. W efekcie oddziaływania amoniaku z kwasami tworzonymi z dwutlenku siarki i dwutlenku węgla wytwarza się produkt będący doskonałym nawozem sztucznym, którego drobiny wychwytywane są poprzez filtry. Jest to wielce obiecujące przedsięwzięcie w ochronie środowiska. e) Metody znaczników promieniotwórczych polegają na dodaniu izotopu od materiałów przesyłanych na odległość, poddawanych procesowi mieszania lub zmieniających - podczas obróbki technologicznej- stan skupienia (odparowanie, rozpuszczenie itp.). Pozwala to na śledzenie zmian intensywności promieniowania w różnych miejscach przepływu lub przesuwanie się badanego materiału. Ponieważ podczas badań używa się znikomych ilości izotopu o małej aktywności, to wprowadzenie go nie zaburza badanych procesów. Za pomocą metod znacznikowych można ustalić przepływ materiałów, określić ich prędkość, tor poruszania dyspersję (niejednorodność). Można przeprowadzić również badania procesów mieszania i rozdzielania składników oraz ich faz. Metody te znalazły zastosowanie w produkcji szkła, w przemyśle papierniczym, chemicznym i metalurgicznym. Znaczniki promieniotwórcze stosowane są również do badania stopnia zużycia materiałów, narzędzi, procesów korozyjnych, badania smarów, a także izolacji i pomiarów nieszczelności zbiorników i rurociągów. f) Modyfikacja materiałów dla elektroniki Jednym z przykładów jest manualna dioda tyrystorowa, która przed napromieniowaniem odpowiada na sygnał w czasie rzędu 10ms. Dioda po napromieniowaniu jest 10 razy szybsza. g) Sterylizacja Sterylizacja poprzez napromieniowanie daje znacznie większe możliwości niż inne jej sposoby np. możemy wysterylizować przedmioty znajdujące się już w opakowaniu. Daje nam to pewność, że są one prawie w 100% jałowe, umożliwia prawie bezpośrednią kontrolę podczas procesu sterylizacji poprzez zaaplikowanie szczepów bakterii, które po procesie napromieniowania są martwe lub za pomocą wskaźników, które po otrzymaniu odpowiedniej dawki zmieniają swój kolor. Proces ten jest możliwy poprzez promienie g w komorze radiacyjnej- używana jest energia wystarczająca do zabicia mikroorganizmów, ale nie wzbudzająca promieniowania wtórnego lub poprzez wiązkę elektronów z akceleratora. h) Zastosowania promieniotwórczych pierwiastków Izotopy cezu137 i kobaltu 60 mogą służyć do diagnostyki stanu technicznego i wykrywania wad urządzeń przemysłowych, nawet w trudno dostępnych miejscach. Izotopy promieniotwórcze pozwalają również śledzić przebieg złożonych procesów chemicznych i biologicznych, np. działanie leków na organizm. Zastosowanie znalazły tu izotopy węgla 14, którego obecność można stwierdzić dzięki wysyłanemu przez niego promieniowaniu. Kobalt 60 używany jest do sterylizacji żywności. Podczas naświetlania artykułów spożywczych promieniowaniem jonizującym, niszczy się pasożyty i pleśnie, dzięki czemu możliwe jest długie przechowywanie żywności. Szeroką dziedzinę zastosowania izotopów promieniotwórczych stanowi radiografia. Metoda analizy radiograficznej polega na badaniu wewnętrznej struktury materiałów i wyrobów za pomocą promieniowania jonizującego (rentgenowskiego, gamma). W odlewach bardzo często tworzą się niepożądane pęcherze, luki i pęknięcia, pochłaniające promieniowanie jonizujące w inny sposób niż materiał, z którego został wykonany badany obiekt. W rezultacie na radiogramie, czyli na kliszy fotograficznej umieszczonej po przeciwległej stronie, w stosunku do źródła promieniowania badanego obiektu lub na ekranie fluoryzującym, są widoczne szczegóły badanego przedmiotu. W hutach i w fabrykach często stosuje się prześwietlanie konstrukcji aparatami rentgenowskimi (defektoskopia rentgenowska). Bardziej opłacalna jest metoda defektoskopii izotopowej, polegająca na wykorzystaniu Co, Cs, Ir, Tm lub mieszaniny Eu i Eu jako źródeł promieniowania gamma (defektoskopia gamma). Defektoskopia izotopowa jest stosowana przede wszystkim w metalurgii, przemyśle maszynowym, stoczniowym, lotniczym i chemicznym. Bomby kobaltowe i cezowe są stosowane w medycynie do celów diagnostycznych (wykrywanie uszkodzeń kości) i w leczeniu nowotworów. Energia jądrowa ma ogromne znaczenie dla ludzkości. Na dużym statku zużycie paliwa podczas podróży międzykontynentalnej wynosi 5000 ton. Przy wykorzystaniu paliwa atomowego wystarczy tylko 10 ton uranu, czyli 500 razy mniej. Ten przykład wyraźnie ilustruje jak ogromną energię można wytwarzać dzięki promieniotwórczości Energia jądrowa to nie tylko same korzyści. W wyniku jej powstawania wysyłane jest promieniowanie jonizujące, szkodliwe dla organizmów żywych a szczególnie dla ludzi. Pochłaniana przez ciało ludzkie energia promieniowania powoduje zakłócenie procesów fizycznych i chemicznych zachodzących w organizmie, uszkodzenie komórek lub zmiany genetyczne i nowotworowe. Stosuje się coraz to większe środki bezpieczeństwa, aby była mniej szkodliwa. Każdy wynalazek może być wykorzystany w sposób ułatwiający życie człowieka, ale i jako czynnik to życie unicestwiający. Ludzie potrafią prawie każde dobrodziejstwo przemienić w czynnik bardzo niekorzystny, a nawet śmiertelny. Tak właśnie stało się z energią jądrową, którą to wykorzystano do produkcji bomby atomowej. Broń masowego rażenia, w której wykorzystuje się reakcję rozszczepienia jąder lub reakcję jądrową do wyzwalania w krótkim czasie wielkich ilości energii (wybuch jądrowy). Wyróżnia się następujące rodzaje broni jądrowej: Bomba jądrowa (atomowa)- wybuch bomby jądrowej wytwarza bardzo wysoką temperaturę, niezbędną do zapoczątkowania niekontrolowanej reakcji termojądrowej. Moc bomby termojądrowej może dochodzić do 100 mln ton TNT. Bomba kobaltowa -bomba jądrowa lub termojądrowa umieszczona w płaszczu z metalicznego kobaltu. W czasie wybuchu tej bomby powstaje w dużych ilościach izotop 60Co emitujący promieniowanie g, co powoduje znaczne skażenia promieniotwórcze terenu. Jak dotychczas, taka bomba nie była wypróbowana. Bomba neutronowa -bomba termojądrowa, której główną część energii wybuchu unosi strumień neutronów szybkich. Niszczy przede wszystkim organizmy żywe. Po wybuchu bomby jądrowej w Hiroszimie i Nagasaki przyniosła śmierć wielu tysiącom ludzi jak również przysporzyła ogromne straty materialne Energię jądrową, która powstaje w wyniku naturalnego rozpadu promieniotwórczego pierwiastka można wykorzystać również do celów leczniczych. Obecnie wiele koniecznych i nieodzownych badań nie mogło by się bez niej odbyć.
Więcej na:
