Prawdopodobnie każdy widział nagrania z Czarnobyla czy Fukushimy, na których dziesiątki żołnierzy z licznikami przeszukują strefę skażenia. Jednak wbrew pozorom nie wystarczy dostać licznik Geigera do ręki, aby stać się dozymetrystą. Pierwszym krokiem dla młodego adepta dozymetrii jest zrozumienie zawiłych reguł i jednostek rządzących tą dziedziną. Oto niektóre z nich.
Napromieniowany nie znaczy promieniotwórczy
Jednym z najtrwalszych mitów na temat radiacji jest
przekonanie, że jak przedmiot zostanie napromieniowany to staje się
promieniotwórczy. W rzeczywistości może tak się zdarzyć, ale tylko w
nielicznych przypadkach.
Promieniowanie, a zwłaszcza promieniowanie gamma, pod wieloma względami
przypomina światło słoneczne (nazywane też promieniowaniem słonecznym). Gdy
zostawimy daną rzecz na słońcu może z czasem zmienić barwę, np. wypłowieć, może
pozostać takie samo niezależnie jak długo będzie leżeć, a w wyjątkowych
przypadkach może zacząć świecić w ciemnościach oddając pochłoniętą energię. Tak
samo może wpływać promieniowanie. Niektóre przedmioty mogą ulec zauważalnym
zmianom (wyblaknąć, stać się kruche). Inne materiały pochłoną promieniowanie i
nic się z nimi nie stanie. Ale tylko w nielicznych przypadkach coś może stać
się promieniotwórcze.
Rozwiązanie zagadki kryje się w samej nazwie.
„Promieniotwórcze”, czyli takie przedmioty, w których dochodzi do rozpadów
promieniotwórczych. Żeby tak się stało muszą występować w nich niestabilne
atomy zwane izotopami promieniotwórczymi. Izotopy takie mogą powstać w wyniku
pochłaniania promieniowania neutronowego przez zwykłe stabilne atomy. Proces
ten jest niezwykle rzadki i występuje prawie wyłącznie wewnątrz reaktorów
jądrowych i w trakcie eksplozji bomb atomowych.
Oczywistym pytaniem jest - czemu w takim razie po
katastrofie w Czarnobylu wszystko wokoło stało się promieniotwórcze?.
Odpowiedzialnym za to zjawisko było skażenie promieniotwórcze. Ogromne ilości
radioaktywnych, niestabilnych izotopów znajdujących się wewnątrz reaktora nr 4
zostały wyrzucone w powietrze w trakcie eksplozji oraz późniejszego pożaru
elektrowni. Uwolnione w ten sposób radioaktywne pierwiastki osiadały na
ogromnych obszarach. Mierzona przez nas radiacja nie oznacza że drzewa, budynki
czy ludzie stali się radioaktywni, a jedynie że osiadł na nich radioaktywny
pył.
Wiele jednostek, jeden cel
Promieniowanie można mierzyć na wiele sposobów. Powoduje to,
że nie występuje jedna uniwersalna jednostka, którą można by zastosować do
wszystkich przypadków. Z tego powodu możemy wyróżnić dwa rodzaje pomiarów:
ilościowy i jakościowy.
Pomiar ilościowy polega na określeniu do ilu rozpadów
promieniotwórczych dochodzi w danym okresie. Z tego powodu podstawowymi
jednostkami są cps i cpm, czyli ilość zarejestrowanych rozpadów w trakcie
sekundy lub minuty (
counts
per
second/
minute)
.Jednostka
ta jest bardzo często stosowana, gdy musimy stwierdzić, czy gdzieś dochodzi do
rozpadów promieniotwórczych i w jakiej ilości, np. czy coś zostało skażone czy
też nie. Jest to wygodne rozwiązanie ponieważ nie trzeba się zastanawiać co
było źródłem skażenia.
Historycznie jednostka ta posiada jednak inną nazwę. 1 cpm (rozpad na sekundę)
może być nazywany 1 Bq (Becquerel). Pochodzi ona od nazwiska odkrywcy
promieniowania Henriego Becquerela. Skąd zatem rozróżnienie pomiędzy cps a Bq?
Różnica wynika z faktu, że cps opisuje jedynie to co może zarejestrować nasz
licznik, zaś Bq jest rzeczywistą ilością rozpadów do jakiej dochodzi w danej
rzeczy. Przykładowo aktywność, czyli ilość rozpadów promieniotwórczych w ciele
człowieka, wynosi około 60 Bq na każdy kilogram. Jednak licznik Geigera mógłby
zarejestrować tylko nieliczne rozpady ponieważ mierzy ciało tylko w jednym
miejscu na raz i z jednej strony. Tym samym zazwyczaj podajemy ilość Bq
mierzoną w jednostce masy (np. kilogramie grzybów) albo objętości (litrze wody).
Co ciekawe Becquerele mogą służyć również do mierzenia ilości materiałów
promieniotwórczych. Dla przykładu jeśli wiemy, że Jod-131 ma okres połowicznego
rozpadu osiem dni to oznacza, że w danej sekundzie musi rozpaść się 0,00015%
wszystkich atomów tego pierwiastka. Tym samym mając pomiar w Bq można prosto
policzyć ile jest atomów Jodu-131. Brzmi skomplikowanie? To w takim razie
trzeba dodać, że także Maria Skłodowska-Curie doczekała się swojej jednostki. 1
Ci (kiur) jest równe 37 miliardom Becquereli. Ta zawrotna jednostka również
miała głęboki sens ponieważ dokładnie tyle wynosi liczba rozpadów w 1 gramie
radu.
Jak można było zauważyć powyższe jednostki nie mówią nam nic
na temat tego, czy promieniowanie jest groźne czy nie. Do tego służy drugi
sposób pomiaru – jakościowy.
Najprostszym sposobem do opisania promieniowania jest ilość
energii, którą przenosi. Ilość promieniowania (czyli energii) przyjętego przez
organizm nazywamy dawką pochłoniętą. Jego jednostką jest 1 Gy (Grey). Oznacza
to, że promieniowanie powoduje dostarczenie 1 J energii na każdy kilogram.
Czyli jeśli autor tego tekstu przyjąłby dawkę 5 Gy, to każdy kilogram jego
ciała przyjąłby energię około 5 J, czyli w sumie około 310 J. Nie jest to duża
ilość energii. Odpowiada ona ilości energii cieplnej zawartej w kilku łykach
herbaty. Lecz taka ilość energii dostarczona przez promieniowanie okazałaby się
definitywnie śmiertelna. Sprawia to, że potrzebne stało się stworzenie prostej
jednostki pozwalającej na określenie jaki wpływ na organizm ma promieniowanie.
Różne rodzaje promieniowania mogą różnie wpływać na
organizm. Promieniowanie Alfa będzie powodowało znacznie większe zniszczenia
niż promieniowanie gamma. Z tego powodu postanowiono, że należy wprowadzić tzw.
współczynnik wagowy promieniowania, który ułatwia zrozumienie wyników bez
potrzeby dokładnego analizowania jaki to był rodzaj promieniowania. Dodatkowo z
czasem zauważono że promieniowanie inaczej będzie wpływało na różne organy. Tym
samym niezbędne było stworzenie dodatkowego przelicznika (wsp. wagowy tkanki),
który ujednolicił wyniki dla całego organizmu. Ten ostateczny wynik nazywamy
dawką skuteczną
z znaną wszystkim jednostką Sv (siwert).
Aby zrozumieć ów system przeliczników wystarczy wyobrazić
sobie następującą sytuację.
Siedzimy pod drzewem i w pewnym momencie coś na nas spada.
Obiektywna informacja będzie jedynie z jaką energią w nas uderzy (Grey). Jednak
istotne będzie, czy spadnie na nas szyszka, jabłko czy może wiewiórka (wsp.
wagowy promieniowania). Pozwoli nam to określić, czy spodziewać się siniaka,
guza czy złamania
(dawka równoważna – Sv). Warto określić czy coś nam spadnie na głowę czy na
rękę. Wiadomo, że uderzenie szyszką w nos boli bardziej niż tą samą szyszką w
ramię. Tym samym moc bólu jaki poczujemy lub wielkość siniaka będą wyrażone
jako dawka skuteczna/efektywna (Sv).
Wiele osób, które miały w ręku licznik Geigera, zapewne
czuje w tym momencie konsternację, ponieważ zawsze spotykali się z innymi
jednostkami.
Z tego powodu warto wspomnieć jeszcze trochę o licznikach.
Większość współczesnej aparatury pomiarowej jest wyskalowana
w Sivertach na godzinę, czyli hipotetycznej dawce promieniowania jaką byśmy
przyjęli gdybyśmy przebywali w danym miejscu przez godzinę. Pozwala to na dość
łatwą interpretację wyników jeśli chodzi o nasze bezpieczeństwo. Jednak nie
jest to ani najdokładniejszy sposób pomiaru, ani tym bardziej jedyny.
Historycznie najpopularniejszą jednostką był Rentgen (w skrócie R). Rentgen był
bardzo często mylony z tzw. Rad’em, czyli
radiation
absorbed
dose
(jednostką dawki pochłoniętej) oraz Rem
roentgen
equivalent in
man
(równoważnikiem dawki pochłoniętej). Jednostki te były bardzo do siebie
zbliżone gdy obliczenia dotyczyły tkanek miękkich istot żywych, a bardzo
różniły gdy dotyczyły tkanek twardych czy innych przedmiotów, np. powietrza.
Ponieważ dozymetryści mieli w pierwszej kolejności chronić ludzkie życie,
zakładano że zawsze prowadzi się pomiary dla tkanek miękkich. Czyli można było
traktować Rad, Rentgen i Rem jako jedną i tę samą jednostkę. By jeszcze ułatwić
zadanie wielkości te były zdefiniowane niemetrycznym systemem jednostek, przez
co z czasem stały się bardzo trudne do użytku. Najłatwiejszym przelicznikiem
jest założenie, że 100 radów to to samo co 1 Siwert.
Bardzo rzadkim przypadkiem jest sposób pomiaru
promieniowania jest określanie jej w Amperach na kilogram (A/kg - moc dawki
ekspozycyjnej), kulomb na kilogram (Q/kg – dawka ekspozycyjna). Ten sposób
zapisu byłby najbardziej poprawny pod względem matematycznym, lecz byłby
skrajnie trudny do zrozumienia przez dozymetrystę. Spowodowało to, że te
jednostki były stosowane jedynie przez krótki okres w państwach bloku
wschodniego.
Spodziewamy się, że osoby dobrze obeznane z biofizyką,
dozymetrią i fizyką jądrową mogą stwierdzić, że w wielu miejscach doszło do
zbyt daleko idących uogólnień. Lecz podejrzewamy, że definiowanie jednostek
jako 1 esu / 0,01293g (czyli 1 Rentgen) raczej nie jest łatwe do zrozumienia.
Na koniec krótkie podsumowanie:
Jednostki ilościowe
1 cps = 60 cpm
1cps = 1 Bq
1 Ci = 37 000 000 000 Bq
Jednostki jakościowe
1 Gy = 1 Sv
1 R = 0.01 Sv
1 R = 1 Rad = 1 Rem dla tkanek miękkich
1 R = 0.86 Rad dla powietrza
1 R/h = 71,600 nA/kg
Dobra, dobra. Chwila. Chcesz sobie skomentować lub ocenić komentujących?
Zaloguj się lub zarejestruj jako nieustraszony bojownik walczący z powagą