Rádioaktivita I. Rádioaktivita Rádioaktivita je dej, pri ktorom sa jadro atómu mení za vzniku lúcov alebo castíc – rádioaktívneho žiarenia – pricom sa zvycajne vytvorí jadro iného prvku. Je výsledkom spontánneho rozpadu nestabilných atómových jadier. Nemajú na nu vplyv chemické procesy, tlak, teplota ani pôsobenie elektrického pola. Každý chemický prvok má okrem stabilných izotopov aspon jeden rádioaktívny izotop (rádioizotop). V prírode sa ich vyskytuje málo, ale dajú sa umelo vytvorit. Dnes je známych vyše 1000 prirodzených alebo umelo vytvorených rádioizotopov.
Poznáme dva druhy rádioaktivity:
Prirodzená rádioaktivita je rádioaktivita prvkov, ktoré sa nachádzajú v prírode a je vyvolaná prirodzenou nestabilitou jadier. Tu môžeme zapocítat aj rádioaktivitu, ktorá k nám prichádza v podobe kozmického žiarenia. Umelá rádioaktivita je rádioaktivita umelo vytvorených jadier atómu. Umelé rádioizotopy sa získavajú pri bombardovaní nerádioaktívnych izotopov urýchlenými casticami alebo ožarovaním neutrónovými lúcmi najcastejšie v jadrových reaktoroch. Niektoré spôsoby rádioaktívneho rozpadu sa vyskytujú len pri umelo vytvorených rádioizotopoch. II. História Rádioaktívne žiarenie objavil v roku 1896 francúzsky vedec H. Becquerel. Položil vzorku uránovej rudy smolinca na kartón, v ktorom sa nachádzali fotografické dosky. Hoci sa do vnútra nemohlo dostat žiadne svetlo, pri vyvolávaní dosiek sa na miestach, kde bola ruda položená, objavili cierne škvrny. Zistil, že urán vysiela neviditelné žiarenie, ktoré pôsobí na zabalenú fotografickú platnu podobne ako röntgenové žiarenie a tak isto ako röntgenové žiarenie robí vzduch elektricky vodivým (ionizuje ho). Jav bol nazvaný prirodzenou rádioaktivitou. V Becquerelových pokusoch pokracovala Mária Skłodowská – Curie. Ukázala, že intenzita rádioaktívneho žiarenia je úmerná množstvu uránu v danej zlúcenine a nezávisí od jeho chemickej väzby. Neskôr zistila, že aj zlúceniny tória žiaria podobne ako urán, to znamená, že jav je všeobecnejší. Pri skúmaní smolinca z Jáchymova, ktorý je prirodzenou uránovou rudou, zistila, že jeho ionizacný úcinok je neúmerne velký, teda hornina musí obsahovat prvok, alebo prvky rádioaktívnejšie ako urán. Po namáhavom chemickom spracovaní velkého množstva týchto rúd sa podarilo dokázat, že smolinec obsahuje dva do tej doby neznáme prvky s atómovými císlami 84 a 88 – polónium a rádium. Skúmaním rádioaktívneho žiarenia v magnetickom alebo elektrickom poli zistil v roku 1899 novozélandský vedec Ernest Rutherford, že toto žiarenie sa štiepi na tri zložky: -žiarenie, -žiarenie (negatrónové a pozitrónové) a žiarenie. Je však velmi vzácnym zjavom, že by rádioaktívny prvok bol zdrojom všetkých troch typov rádioaktívnych žiarení. III. Typy rádioaktívneho žiarenia -žiarenie – predstavuje vysielanie kladne nabitých castíc alfa, co sú jadrá atómov hélia. Obsahujú dva protóny a dva neutróny, ktoré majú rýchlost 14 000 km/s. -žiarenie má dosah len niekolko cm. -žiarenie je prúdom záporných alebo kladných elektrónov (negatrónov alebo pozitrónov). -preniká 100x silnejšie ako alfa žiarenie žiarenie je elektromagnetické vlnenie, svojou povahou totožné so svetlom, s malou vlnovou dlžkou (10-10 m až 10-14 m). Šíri sa rýchlostou svetla. je zo všetkých druhov rádioaktívnych žiarení najprenikavejšie. Na zmenšenie intenzity žiarenia, napr. na polovicu, je potrebná vrstva olova až niekolko cm hrubá. Je preto ovela prenikavejšie ako doteraz najintenzívnejšie umelo vyrobené röntgenové žiarenie. premena je samovolná premena atómov, pri ktorej sa nemení nukleónové ani protónové císlo. Pri vysielaní žiarenia prechádza atómové jadro z energeticky nestabilného stavu na izomér, ktorý je stabilný alebo sa dalej premiena. Jestvujú dva druhy jadrových reakcií – šiepenie jadra a fúzia jadier.Obidve reakcie uvolnujú,,väzbovú energiu“,ktorá drží atómové jadro pospolu.Atómy sa nazývajú ,,stabilné“,ak je ich väzbová energia kladná ,a ,,nestabilná“,ak je ich väzbová energia záporná a pri rozpade sa uvolnuje. Jadrové štiepenie Ak zasiahne neutrón jadro nestabilného uráínu 235,jadro sa rozštiepi na dva lahšie jadrá.Súcasne sa uvolnia tri nové neutróny a energia.Nové uvolnené neutróny bombardujú ostatné jadrá,cím vzniká retazová jadrová reakcia. Jadrová fúzia(syntéza) Ide o jadrovú reakciu ,pri ktorej sa spájajú atómové jadrá lahších prvkov,cím vznikne nové,tažšie jadro.Vdaka tomu sa uvolnuje velké mnonžstvo energie.Na slnku sa spájajú dve jadrá vodíka a vzniká jadro hélia.Uvedená reakcia je zdrojom slnecnej energie.Vedci dúfajú,že nájdu bezpecný spôsob,jako jadrovú fúziu uskutocnit na Zemi. IV. Využitie rádioaktivity Existencia rádioaktivity ovplyvnila i množstvo bežných meracích a diagnostických metód v rôznych odvetviach ludskej cinnosti:výroba elektrickej energie, vojenské využitie, oblastí techniky, ci medicíny. Tu sa využívajú rádionuklidy s najrôznejšími vlastnostami rádioaktívneho vyžarovania. Vyžarovanie sa líši svojou povahou (alfa, beta, gama), energiou žiarenia, polcasom rozpadu a vhodnostou daného prvku pre urcitú metódu. Rádionuklidy sa vyrábajú v rôznych špeciálnych jadrových reaktoroch a urýchlovacoch. Tu je niekolko príkladov
využitia rádioizotopov :
a/ využitie rádioaktivity v priemysle
- meranie hrúbky materiálu (papier, fólie a pod.)
- meranie vlhkosti a hustoty látok
- meranie koncentrácie látok
- meranie polohy
- sledovanie technologických procesov
- zistovanie kvality materiálov (defektoskopia)
- kontrola opotrebovania kritických súciastok
- detektory plynov a dymu
- neutralizácia statickej elektriny
- úprava vlastností plastov
- konzervácia potravín
- dezinfekcia odpadových vôd
- ožarovanie nádorov (60Co, 204Tl, 192Ir, 198Au)
- sterilizácia nástrojov a materiálu
- sledovanie pohybu jódu v organizme (131J)
- sledovanie krvných procesov (59Fe)
- sledovanie látkovej výmeny (35S)
- uhlíková metóda urcovania veku org. nálezov (vid dalej podrobne)
- ochrana drevených pamiatok pred škodcami
- sledovanie fotosyntézy rastlín
- sledovanie príjmu živín rastlinami
- sledovanie mechanizmu a priebehu chemických reakcií
- sterilizácia medziplanetárnych sond
- indikátory iných druhov žiarenia
2. Ionizacné komory
Ionizacná komora je detektor žiarenia, ktorý sa v svojej podstate skladá z dvoch vzájomne od seba izolovaných elektród vhodného tvaru a velkosti, umiestnených v nádobe naplnenej zvycajne suchým vzduchom alebo aj iným vhodným plynom. Pomocou dostatocne stabilizovaného zdroja konštantného napätia sa na elektródach komory udržuje napätie 100 až 1000 voltov. Toto napätie je dost velké, aby priviedlo na elektródy ióny vznikajúce pôsobením rádioaktívneho žiarenia. Pri použití ionizacnej komory sa meria elektrický prúd v okruhu komory. Toto je prvý známy detektor rádioaktívneho žiarenia.
- 3. Geigerov-Müllerov pocítac Prítomnost žiarenia sa zistuje prístrojom, ktorý sa nazýva
4. Wilsonova hmlová komora
Najúcinnejším zariadením pre výskum vlastností casticových rádioaktívnych žiarení je Wilsonova hmlová komora. V roku 1897 Wilson zistil, že ióny prítomné v plyne môžu slúžit ako kondenzacné jadrá pre nasýtené pary. Rôzne castice zanechávajú vo Wilsonovej komore rôzne stopy. Stopy -castíc sú krátke, rovné, len na konci niekedy zalomené, co svedcí o náhlej zmene smeru ich letu. Stopy eletrónov sú ovela slabšie a prerušované. Takto môžeme sledovat aj zakrivenie dráhy nabitých castíc po priložení magnetu. Z polomeru zakrivenia môžeme vypocítat energiu a náboj príslušnej castice.
5. Polovodicové detektory
Sú moderné súciastky, ktoré využívajú pre detekciu žiarenia polovodicový prechod PN. Využívajú sa v obvodovom zapojení podobnom ako u Geiger-Müllerovho pocítaca. Sú však znacne citlivejšie ako detektory na báze scintilacných metód.
6. Osobné dozimetre
Využívajú sa na sledovanie množstva prijatého žiarenia (expozícia) u pracovníkov pracujúcich v prostredí s nebezpecným žiarením. Sú založené na nenávratnom vplyve žiarenia na niektoré látky. Môže íst o zmenu zloženia chemickej látky, ci vplyv žiarenia podobne ako svetla na fotocitlivý film. VI. Vplyv žiarenia na organizmus Rádioaktívne žiarenie má na organizmus velmi silný vplyv. Úcinky vyplývajú zo stavby organizmu a z podstaty žiarenia. -žiarenie : pred týmto žiarením nás pomerne spolahlivo ochráni pokožka. Je však velmi nebezpecné, ak by sa žiaric dostal dovnútra organizmu, kde by bol v priamom styku s bunkami. Jedna castica je schopná ionizovat viac ako 1000 atómov. Castice s pomerne vysokou hmotnostou a energiou by bunky znicili.
-žiarenie :spôsobuje povrchové poškodenie. žiarenie :
organizmom prechádza bez zjavného pohltenia. Po ceste ionizuje atómy, vyráža elektróny z obalu, molekuly sa rozpadajú. Následkom môže byt znicenie buniek. Najnebezpecnejšie sú prvky, ktoré priamo telo využíva, takže ich rádioaktívne izotopy sú prijímané telom prirodzene. Nebezpecné je stroncium 90Sr, velmi podobné vápniku 40Ca. Takto sa môže potravinovým retazcom cez trávu, kravu a mlieko dostat do organizmu a spôsobit rakovinu. dávkový ekvivalent : je biologickým ekvivalentom rad a Gy. Pôvodná jednotka rem (roentgen equivalent man) definuje dávku lubovolného žiarenia, ktoré má na organizmus rovnaké úcinky ako 1R röntgenového alebo žiarenia. Táto jednotka bola v sústave SI nahradená jednotkou Sv (Sievert), pricom 1 Sv = 100rem. 1Sv má rozmer 1J/kg. Naším telom preletí každú hodinu asi 200 miliónov fotónov žiarenia . Na zemi je rocná dávka kozmického žiarenia 0,3 mSv, vo výške 10 km (lietadlo) až 45 mSv. Zo zeme (horniny, pôda) sme vystavení dávke 0,5 mSv. Celkovo sa dávkový ekvivalent prírodného žiarenia pohybuje v rozmedzí 1 až 2 mSv rocne. Na toto žiarenie sme už svojim vývojom zvyknutí a neškodí nám. K tomu navyše prijímame žiarenie z pozemských zdrojov (elektrárne, vojenské jadrové pokusy, farebné televízory, domy zo škvárobetónu, lekársky RTG a pod.) v dávke do 0,8 mSv rocne. Normy jadrových elektrární pripúštajú maximálny nárast týchto hodnôt pozadia v dôsledku svojej cinnosti o 0,05 mSv, co je znacne menej ako sme vystavení prirodzenej rádioaktivite. Jadrové elektrárne, pokial pracujú normálne, teda nie sú vôbec nebezpecné. Je dôležité, po aký dlhý cas a ako casto bude organizmus vystavený žiareniu. Ak by sme dostali dávku, ktorú od okolia dostávame postupne, naraz, bola by pre organizmus omnoho nebezpecnejšia. Napríklad kostná dren môže byt vystavená štvrtrocne dávke 30 mSv, rocne 50 mSv. Ako medzná dávka sa z bezpecnostných dôvodov udáva už ale 5 mSv. Smrtelná jednorázová dávka sa udáva 5 Sv. Sú ale prípady, kedy sa podarilo zachránit cloveka ožiareného aj jednorázovou dávkou 10 Sv a to transplantáciou kostnej drene. Žiarenie na organizmus pôsobí postupne a jeho vplyv sa v tele akumuluje, ale i casom neutralizuje regeneráciou organizmu. Preto vznik niektorej choroby v budúcnosti je velmi tažké pripísat niektorému vplyvu vystavenia sa rádioaktívnemu žiareniu v minulosti.