Radioaktivita obecně, jednotky, měření
Radioaktivita- seznámení
Radioaktivita neboli radioaktivní přeměna je jev, při kterém dochází k vnitřní přeměně složení nebo energetického stavu atomových jader, což je porovázeno vysokoenergetickým ionizujícím zářením (radioaktivním zářením).
K radioaktivní přeměně může docházet přirozeným štěpením u nestabilních radionuklidů nebo jadernou reakcí při kolizi s jinou částicí. Může se jednat o štěpnou reakci, při které se jádro po dopadu subatomární částice rozpadne na jádra lehčích prvků, nebo o jadernou fúzi (která je základem existence hvězd- tedy i našeho slunce), při které dochází naopak ke slučování lehčích jader (slučováním jader vodíku v našem slunci vzniká těžší hélium).
Změní-li se takto počet protonů v jádře, dojde- jak už jsem uvedl- ke změně prvku. Radioaktivitu objevil v roce 1896 Henri Becquerel u solí uranu. K objasnění podstaty radioaktivity zásadním způsobem přispěli francouzský fyzik Pierre Curie a Marie Curie-Skłodowská původem z Polska. Díky objeviteli se jako fyzikální jednotka pro měření počtů rozpadů za jednotku času používá Becquerel.
Radioaktivita může být buď přirozená, nebo uměle vyvolaná.
Přirozená radioaktivita je důsledkem samovolné přeměny atomového jádra. Přirozeně radioaktivních látek je v přírodě mnoho. Pro nás- obyvatele ČR, je takovou typickou radioaktivní látkou uran, který se v době studené války na našem území těžil v dost velké míře pro potřeby bývalého Sovětského Svazu, který se snažil všemi silami dohnat USA, a stát se taky jadernou velmocí. Dodnes můžeme na haldách v jáchymovské oblasti nalézt kameny, které jsou dost silně radioaktivní.
Umělou radioaktivitu získají prvky transmutací, vlivem řetězové reakce nebo působením urychlených částic. Umělá radioaktivita je tedy podmíněna přeměnou jádra, která je způsobena vnějším vlivem. Například při ostřelování částicemi alfa se jádra mohou dále samovolně přeměňovat, tedy vykazují radioaktivitu. Taková jádra v přírodě běžně neexistují, ale byla vytvořena uměle. Zákonitosti přeměny těchto uměle vytvořených jader jsou shodné se zákony platnými při přeměně přirozeně radioaktivních jader.
Poločas rozpadu (přeměny)
Jde o čas, za který dojde k rozpadu poloviny z původního počtu atomů radionuklidu. Nebo-li za tento čas klesne nebezpečné záření na polovinu. V tabulce uvádím poločasy rozpadu některých radionuklidů:| PRVEK | IZOTOP | POLOČAS ROZPADU |
|---|---|---|
| Kobalt | 60Co | 5,27 let |
| Tritium | 3H | 12,36 let |
| Cesium | 137Cs | 30,17 let |
| Radium | 226Ra | 1 602 let |
| Uhlík | 14C | 5 730 let |
| Plutonium | 239Pu | 24 400 let |
| Uran | 235U | 710 000 000 let |
| Draslík | 40K | 1,26 miliardy let let |
| Uran | 238U | 4,5 miliardy let |
| Thorium | 232Th | 13,9 miliardy let |
| Bismut | 209Bi | 1,9 x 1019 let |
Když se podíváme na pločasy rozpadu radioizotopů ve spojitosti s jadernými zbraněmi, vidíme, že tyto hodnoty jsou pro nás naprosto bezvýznamné (vzhledem k délce lidského života),
a že budování nějakých podzemních bunkrů pro případ jaderné války různými pochybnými jedinci (hlavně v USA) je jen ztrátou času a peněz.
Radioaktivita a lidské zdraví
První případy zdravotních potíží, způsobeným radioaktivitou, se objevily už v době jejího objevu v roce 1896. Pionýrem v objevování působení radioaktivity na tělo byl německý chemik Giesel, který v roce 1900 nosil záměrně dvě hodiny připevněnou špetku soli radia na ruce. Doplatil na to zánětem kůže. Marie Curie tento pokus vzápětí zopakovala a nosila sůl radia na ruce 10 hodin. Na místě se jí vytvořila hluboká hnisavá rána, která se hojila dva měsíce. Nemálo známý je i případ Henriho Becquerela, který tehdy z nedbalosti nosil dva dny v roce 1901 v kapse u vesty trubičku se solí radia s aktivitou 160× vyšší, než před tím Marie Curie na ruce. Po týdnu se mu na těle objevil závažný zánět. V místě kde měl uloženou trubičku mu začala odumírat tkáň, kterou mu museli lékaři chirurgicky odstranit. Léčení trvalo celkem 7 týdnů. V roce 1902 byl uveřejněn první případ rakoviny z ozáření. Téměř všichni tito "pionýři" v oblasti radioaktivity měli naprosto běžně zdravotní problémy způsobené radioaktivním zářením. Řada z nich, včetně Marie Curie zemřela na různé formy leukémie, či rakoviny.
Dnes už víme o působení ionizujícího záření mnohem více. Víme už jak působí různé druhy záření, a máme už jednotky na měření záření, které zohledňují právě odlišné
působení na živý organizmus (o tom později). Málo-kdo z laiků ale ví, že radioaktivní záření má KUMULATIVNÍ CHARAKTER. To znamená, že veškeré záření, kterému
je náš organizmus během života vystaven, se v organizmu ukádá a nelze se ho zbavit. Náš organizmus je jako kbelík- řekněme na 20 litrů, a záření je jako voda.
Když do kbelíku dnes nalejeme 1 litr vody,
nic se nestane. Ale když každého třeba půl roku do toho kbelíku nalejeme jeden litr, za 20 let přeteče..... A stejně se chová náš organizmus vůči absorbovaným dávkám
radioaktivního záření. Po nějaké době ten pomyslný "kbelík přeteče" a člověk skončí na nějakém z mnoha onkologických pracovišť.... Tohle je velmi důležité pro
každého, kdo se chce radioaktivitě amatérsky věnovat a vyhledávat například ta správně "svítící" místa, či minerály.
Bezpečné hodnoty záření
Na základě mezinárodních dohod byly vytvořeny normy pro bezpečřné hodnoty záření pro dvě skupiny lidí, a to pro profesionální pracovníky v radiačnímj prostředí, kteří
jsou pod trvalým dohledem lékařů, a pro ostatní pracovníky. Jedná se tedy o hodnoty, kterým jsou vystaveni lidé v pracovní době, NE TRVALE. Součástí norem je i určení
maximální hodnoty záření pro trvalý pobyt lidí- tedy například v našem obydlí.
Takže:
- Pro profesionály pod lékařským dohledem- 10μSv/h
- Pro ostatní pracovníky- 5μSv/h
- Pro trvalý pobyt lidí (např pro obydlí)- 1μSv/h
Zde graficky bezpečné hodnoty podle doby expozice:
Zde příklady zůzných expozic:
A zde mapa radiačního pozadí v ČR:
Druhy záření
Radioaktivní záření označujeme jako záření α, β, γ, a X (Rentgenové záření). Každé toto záření má odlišné vlastnosti a působí na živé organizmy různě.
Záření α
Záření α má nejkratší životnost, a lze ho odfiltrovat v podstatě čímkoliv- třeba listem papíru. Toto záření má sice výrazné ionizační účinky, ale malou pronikavost- jehon rychlost činí cca 10% rychlosti světla, díky čemuž neprojde naší pokožkou. Takže nás nijak zvlášť neohrožuje. Výjimkou jsou případy, kdy by zasáhlo vnitřní orgány, ke kterým se může dostat vdechnutím, kdy může po nějaké době poškodit plíce- typicky plyn Radon, který se může v našich obydlích vyskytovat, a není to až tak ojedinělé. Záření α lze využívat i pro léčebné účely, protože jeho působení v přesně stanovených dávkách aktivuje obranné mechanizmy buněk.
Záření β
Částice β vylétávají z jádra s elektrickým nábojem a velmi malou klidovou hmotností, díky které se záření β dokáže šířit daleko rychleji, to konkrétně asi 40-99 % rychlosti světla. Konkrétní rychlost pak závisí na jednotlivých nuklidech. Částice β se pohybují velmi rychle a pronikavost částic je vyšší než u α záření, mohou proniknout materiály s nízkou hustotou nebo malou tloušťkou. Odfiltrovat jej lze třeba tenkým hliníkem.
Záření γ
Jedná se o elektromagnetické záření s velmi krátkou vlnovou délkou s velkou energií a pronikavostí jeho částic. Oproti záření α a β, které jsou korpuskulární,
proniká γ záření do materiálu lépe a jeho dokonalé odstínění je téměř nemožné (na snížení intenzity záření se používají vrstvy materiálů obsahujících těžké prvky např. olovo).
Jednotky měření záření
Zdroj záření se popisuje pomocí veličiny zvané aktivita. Jedná se o počet radioaktivních přeměn probíhajících v určitém množství radionuklidu za jednotku času. Jednotkou aktivity je becquerel (Bq). Dojde-li v látce k jedné přeměně za 1 sekundu, má aktivitu 1 Bq. Becquerel je velice malá jednotka. Například lidské tělo obsahuje několik tisíc Bq přirozených radioaktivních látek, např. draslíku 40K. To znamená, že každou sekundu probíhá v našem těle několik tisíc radioaktivních rozpadů jen z tohoto zdroje.
Základní veličinou popisující účinek záření je dávka. Udává množství energie pohlcené v jednotce hmotnosti prostředí. Její jednotkou je gray (Gy). To, co my vlastně
potřebujeme měřit, je vliv záření na člověka. Protože různé druhy záření mají při shodné dávce odlišné účinky, zavedla se pro přesnější vyjádření účinku záření
na člověka veličina zvaná dávkový ekvivalent, jehož jednotkou je sievert (Sv). Například jedno rentgenové vyšetření plic může představovat až 1 mSv.
Pro práci s ionizujícím zářením je důležitý údaj udávající působení záření v čase, pro který byla zavedena veličina příkon dávkového ekvivalentu (dávkový příkon). Měří se v jednotkách
Sievert za hodinu (Sv/h). Pro praxi je to jednotka příliš veliká, proto se častěji setkáváme s milisieverty (mSv/h), nejčastěji mikrosieverty za hodinu (μSv/h).
Měření ionizujících záření
Přístroje na tato měření nazýváme Dozimetry. Ty jsou pak buď pasivní, nebo aktivní. Pasivní osobní dozimetry jsou většinou malé světlotěsně uzavřené krabičky, obsahující běžný fotografický film, který během pobytu v radiačním prostředí reaguje na dopadající záření podobně, jako film na světlo. Po opuštění radiačního prostřední se film vyvolá, a podle stupně zčernání se vyhodnotí celková obdržená dávka.
Nás budou ovšem zajímat ty aktivní, což jsou elektronické přístroje, které obsahují čidlo reagující na dopadající záření, které je v reálném čase vyhodnocováno elektronicky. Levnější dozimetry jsou zpravidla osazeny Geiger-Mullerovou trubicí. Tyto GM trubice jsou vyrobeny buď z kovu s vysokým atomovým číslem, nebo ze skla s napařenou kovovou vrstvou. Středem prochází vodič, napájený napětím cca 400-1000V. Kolem vodiče je plyn, ve kterém dochází při dopadajícím ionizujícím záření k výbojům, které jsou pak elektronicky vyhodnocovány. Tyto dozimetry se pohybují na CZ trhu v hladinách cca 1.500-10.000,-Kč. Tyto dozimetry jsou určené zpravidla pro amatérská měření, protože běžné GM trubice mají několik nevýhod, které je předurčují pro spíše amatérské použití. I tak jsou ale dostatečné pro osobní bezpečnost, či pro amatérská měření např. minerálů. Jsou ale i přístroje s GM trubicí, či ionizační komorou se slídovým okénkem pro profi použití, ale ty už se pohybují cenově nad 10.000,-Kč.
Ale pozor. Někteří vychcánci, kteří prodávají tyto levné přístroje z Číny (e-Bay, Aliexpres a pod.) například na Aukru uvádějí, že s ním můžete měřit například radon v domech. JE TO LEŽ! Radon produkuje α záření. To ale, jak jsem uvedl výše, má příliš malou rychlost a pronikavost, takže přes plastovou skříňku dozimetru a přes samotné sklo (nebo kov) GM trubice se do trubice nedostane, a nelze jej tudíž těmito dozimetry měřit. Pokud to někdo píše v popisu, tak LŽE. Můžete měřit jen záření β a γ. Nicméně drahé GM přístroje α záření umí- například dozimetr Gamma Scout za cca 13.000,-kč, nebo Voltcraft RM-400 za cca 9.000,-Kč. Ty obsahují ionizační komoru se slídovým okénkem, kterým toto záření projde.
Pak jsou čistě profi dozimetry, které používají
místo GM trubice scintilační detektor. Jedná se o krystal, který je schopen přeměnit ionizující záření na viditelné záblesky, které pak putují do fotonásobiče. Vyhodnocování pak probíhá
opět elektronicky.
Tyto dozimetry jsou přesné, ale nejsou už bohužel vůbec přívětivé k peněženkám nás amatérů. Ale pořád máme na výběr i z docela přesných přístrojů s GM trubicí za dostupné ceny.
Některé konkrétní vám pak doporučím v dalším článku. Na internetu je několik článků (v češtině), které doporučují konkrétní dozimetry, ale bohužel jsou už zastaralé, a většina tam
prezentovaných přístrojů se už buď nevyrábí, nebo jsou taky zastaralé. Vývoj jde rychle dopoředu, a v poslední době se vyrojila spousta modernějších, rychlejších a přesnějších
dozimetrů za i nižší ceny.