Własności promieniowania jądrowego i jego wpływ na organizmy Ŝywe.

Transkrypt

1 Własności promieniowania jądrowego i jego wpływ na organizmy Ŝywe.

2 Plan referatu 1. Trochę historii 2. Promieniowanie jądrowe 3. Promieniowanie alfa - Pojęcie - Właściwości - Znaczenie w środowisku - Reakcja rozpadu 4. Promieniowanie beta - Pojęcie - Właściwości - Znaczenie w środowisku - Reakcja rozpadu o β o β + 5. Promieniowanie gamma - Pojęcie - Właściwości - Znaczenie w środowisku - Emisja gamma 6. Skutki promieniowania Bibliografia: - Popularna encyklopedia powszechna wydawnictwo Pinnez - Fizyka cz. 2 J. Salach wydawnictwo ZamKor -,,Blaski i cienie promieniotwórczości Czerwiński -,,Energia jądrowa i promieniotwórczość Czerwiński - Słownik encyklopedyczny- Fizyka wydawnictwo Europa - Wikipedia - wolna encyklopedia

3 Trochę z Historii Pod koniec XIX wieku Thomson i Rutherford zajmowali się badaniem zjawiska jonizacji gazów naświetlanych promieniami odkrytymi przez Becquerela. W czasie doświadczenia Rutherford odkrył, Ŝe istnieją w zasadzie dwa rodzaje tego promieniowania: jedno, nazwane alfa, było łatwo absorbowane nawet przez kartki papieru; drugie, nazwane beta, mogło przenikać nawet przez grube blachy metalowe (na przykład przez 0,25 centymetrów aluminium). Wkrótce wykryto równieŝ trzeci rodzaj promieniowania. Jest ono wyjątkowo przenikliwe - moŝe przenikać nawet przez kilkucentymetrowe warstwy ołowiu. Nadano mu nazwę gamma. a) Następne lata upłynęły naukowcom na wyjaśnianiu natury tych trzech rodzajów promieniowania. Mało przenikliwe promienie alfa, jak się okazało składają się z dodatnio naładowanych cząsteczek (odchylają się w polu magnetycznym w tą samą stronę co inne dodatnie cząsteczki). Okazało się Ŝe stosunek q/m (ładunku do masy) tych cząsteczek jest dwa razy mniejszy niŝ stosunek q/m dla jąder wodoru. Naukowcy wysnuli wniosek, iŝ cząsteczki alfa składają się z jąder helu - mają one masę równą 4*(masa wodoru) i ładunek dodatni 2*e. Jak wiemy jądro helu składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów. b) Znacznie bardziej przenikliwe cząsteczki beta, dają się odchylać w polu elektrycznym i magnetycznym, w taki sposób, iŝ cząstki te muszą mieć ładunek ujemny. Po dalszych badaniach naukowcy doszli do wniosku, iŝ cząsteczki beta to po prostu elektrony c) Trzeci rodzaj promieniowania - promieniowanie gamma - okazały się być promieniowaniem elektromagnetycznym (podobnie jak światło), o długości fali mniejszej od metra. Promieniowanie alfa, beta i gamma moŝna rozdzielić uŝywając pola magnetycznego. Cząstki alfa i beta mają przeciwne ładunki odchylane są w przeciwne strony. Promieniowanie gamma nie nosi Ŝadnych ładunków i nie jest odchylane.

4 Promieniowanie jądrowe Są trzy rodzaje promieniowania jądrowego, którego źródłem są jądra atomowe materiałów promieniotwórczych alfa, beta, gamma. Są one wynikiem przemian zachodzących wewnątrz jądra atomowego. KaŜde ma określone własności. Promieniowanie alfa to strumienie jąder atomów helu, które w powietrzu mają zasięg kilku centymetrów. Są one cięŝkie i raczej powolne. Promieniowanie beta to strumienie bardzo szybkich elektronów, mające w powietrzu zasięg do 50 centymetrów. Promieniowanie gamma to fale elektro magnetyczne mające w powietrzu zasięg kilku metrów.

5 Promieniowanie alfa 2. Pojęcie: Promieniowanie alfa składa się z cząstek naładowanych dodatnio ładunkiem dwukrotnie większym od ładunku elementarnego. Ich masa jest ponad 7000 razy większa od masy elektronu. 3. Właściwości - promieniowanie korpuskularne. - tego typu promieniowanie jest charakterystyczne dla dodatnio naładowanych atomów helu, - jest takŝe emitowane przez niektóre radioizotopy, np. Uran, Rad. - promieniowanie to charakteryzuje się najmniejszą przenikliwością 4. Znaczenie w środowisku Jest niebezpieczne, gdy źródło promieniowania dostanie się do organizmu. 5. Reakcja rozpadu alfa: a) rozpad alfa - przemiana jądrowa, w której emitowana jest cząstka α (jądro helu 4 He). Strumień emitowanych cząstek alfa przez rozpadające się jądra to promieniowanie alfa. b) przykład

6 Promieniowanie beta 1. Pojęcie: Promieniowanie beta składa się z cząstek ujemnie naładowanych. Ustalono, Ŝe są to elektrony, ale ich energia jest znacznie większa od energii jonizacji, a więc takŝe energii kinetycznych elektronów krąŝących w atomie. Cząstki beta są pochłaniane w materii znacznie intensywniej niŝ promieniowanie gamma, choć ich zasięg jest tym większy, im większa jest ich energia. Nawet dla elektronów o energii rzędu kilku MeV juŝ kilka milimetrów metalu lub szkła stanowi wystarczającą osłonę. 2. Właściwości - promieniowanie korpuskularne. - charakterystyczne dla cząstek naładowanych dodatnio lub ujemnie, - jest emitowane przez jądra niektórych radioizotopów 3. Znaczenie w środowisku Jest niebezpieczne, gdy źródło promieniowania dostanie się do organizmu. MoŜe powodować oparzenia skóry. 4. Reakcja rozpadu beta: a) Rozpad β - polega na przemianie neutronu w proton poprzez emisję bozonu pośredniczącego W przez jeden z kwarków d neutronu. W rozpada się następnie na elektron i antyneutrino elektronowe według schematu: b) Rozpad β + - polega na przemianie protonu w neutron, jednak aby reakcja ta mogła zaistnieć konieczne jest dostarczenie energii z zewnątrz. Proton przemienia się w neutron poprzez emisję bozonu W +, który rozpada się na pozyton oraz neutrino elektronowe według równania:

7 Promieniowanie gamma 1. Pojęcie: Promieniowanie gamma to promieniowanie elektromagnetyczne, którego częstotliwość jest wielokrotnie większe od częstotliwości promieniowania widzianego, ultrafioletowego, a nawet promieniowanie X (rentgenowskiego) wysyłanego przez wzbudzone atomy. Jest ono bardzo przenikliwe: przechodzi nawet przez grube warstwy ołowiu. 2. Właściwości - promieniowanie elektromagnetyczne - posiada duŝą energię - małe długości fali, - jest najbardziej przenikliwe - jest emitowane podczas rozszczepiania jądra izotopów 3. Znaczenie w środowisku Jest bardzo groźnym czynnikiem raŝenia w przypadku skaŝeń. Powoduje zmiany w strukturze DNA i chromosomów, moŝe wywoływać białaczkę, nowotwory skóry i kości. 4. Emisja gamma: Emisja gamma - jest to przemiana jądrowa podczas której emitowane jest tylko promieniowanie gamma, a nie są emitowane inne cząstki. Przykładem takiej przemiany jest opisany niŝej dwuetapowy rozpad kobaltu. Najpierw 60 Co przekształca się w 60 Ni w wyniku przemiany beta: Powstałe jądro niklu jest wzbudzone (ma energię większą od energii takiego jądra w stanie podstawowym), po pewnym czasie jądro to emituje foton (zwany promieniowaniem gamma) przechodząc do stanu podstawowego: Do emisji gamma dochodzi jeŝeli energia wzbudzenia jądra atomowego jest mniejsza od energii wiązania ostatniego nukleonu. JeŜeli energia wzbudzenia jądra jest znacznie większa od energii wiązania ostatniego nukleonu, to większość rozpadów jądra następuje przez emisję nukleonu.

8 Skutki promieniowania RóŜnice we właściwościach promieniowania α, β i γ wynikają z przemian jądrowych,w wyniku których zmienia się skład i stan energetyczny jądra kosztem emisji promieniowania jądrowego. Izotopy promieniotwórcze w zetknięciu z organizmem Ŝywym mogą oddziaływać niekorzystnie poprzez: 1. Napromieniowanie Ŝywej tkanki promieniowaniem jądrowym promieniowanie typu jonizującego lub neutronowego. 2. SkaŜenia izotopami promieniotwórczymi, które dostały się do wnętrza organizmu lub znalazły się w kontakcie zewnętrznym. Promieniowanie jądrowe α, β i γ noszą nazwę promieniowania jonizującego, gdyŝ poprzez oddanie swojej energii wytwarzają jony. Dla organizmów Ŝywych te jony mogą być szkodliwe, gdyŝ prowadzi to do zakłócenia przemian biochemicznych warunkujących prawidłowe funkcjonowanie organizmu i do zmian strukturalnych komórek. Promieniowanie jonizujące powoduje radiolizę wody, czyli jej rozkład na jony pod wpływem promieniowania. W wyniku tego procesu powstają wolne rodniki, które mogą reagować ze związkami wchodzącymi w skład komórki, powodując zakłócenia w jej funkcjonowaniu. Niektóre zakłócenia mogą zostać skorygowane dzięki autoregulacyjnym właściwościom organizmu, inne zmiany są nieodwracalne i prowadzą do obumarcia komórek. Czułość tkanki ludzkiej na promieniowanie jonizujące zmienia się w szerokich granicach. Najczulsze są organy krwiotwórcze i tkanki rozrodcze, najmniej czułe są mózg i mięśnie. Jeśli ułoŝyć tkanki według zmniejszającej się czułości, to otrzymamy kolejno następujący szereg: tkanka limfatyczna, nabłonek jąder, szpik kostny, nabłonek Ŝołądkowo - jelitowy, jajniki, skóra, tkanka łączna, kości, wątroba, trzustka, nerki, nerwy, mózg i mięśnie. Uszkodzenia popromienne ze względu na rodzaj ich następstw dzielimy na uszkodzenia somatyczne tzn. wpływające na procesy odpowiedzialne za utrzymanie organizmu przy Ŝyciu oraz genetyczne tzn. naruszające zdolność organizmu do prawidłowego przekazywania cech potomstwu. Typowym skutkiem powaŝnych uszkodzeń somatycznych jest choroba popromienna. Składają się na nią między innymi mdłości, bóle i zawroty głowy, ogólne osłabienie organizmu, zmiany we krwi, biegunki, niedokrwistość, obniŝenie odporności i wypadanie włosów. W zaleŝności od stopnia uszkodzeń choroba popromienna moŝe zakończyć się śmiercią lub przejść w fazę przewlekłą ze stopniowym wyniszczeniem organizmu. Promieniowanie jonizujące moŝe powodować uszkodzenia genetyczne polegające na zmianie struktury chromosomów wchodzących w skład komórek rozrodczych. Ich następstwem są mutacje, w efekcie których wśród napromieniowanych roślin lub zwierząt mogą pojawiać się mutanty, tzn. osobniki róŝniące się szeregiem cech od organizmów macierzystych. Na szczęście organizmy wykazują w pewnych granicach zdolność do naprawiania niepoŝądanych zmian. Innym następstwem ekspozycji Ŝywego organizmu na napromieniowanie jest powstawanie nowotworów. Częstym schorzeniem osób naraŝonych na duŝe dawki promieniowania jest białaczka, czyli nowotwór krwi. Bardzo niebezpiecznym izotopem promieniotwórczym jest tutaj stront 90, który ma moŝliwości wbudowywania się w tkankę kostną i dlatego moŝe być przyczyną białaczki lub innych nowotworów. Do organizmu ludzkiego moŝe się dostać wraz z mlekiem krów, które wypasały się na pastwiskach skaŝonych pyłem promieniotwórczym. Podobnie zachowuje się cez 137, który wbudowuje się w mięśnie zamiast sodu i potasu. Rakotwórczość promieniowania jonizującego nie róŝni się zasadniczo od rakotwórczości czynników chemicznych, w obu przypadkach podział komórki w wyniku ekspozycji zasadniczo przyczynia się do powstania raka. Jest to szczególnie prawdziwe w odniesieniu do raka tarczycy i raka piersi. U dzieci poniŝej 10 roku Ŝycia tarczyca jest organem o największej podatności na rakotwórcze działanie promieniowania jonizującego. MoŜna stwierdzić, Ŝe czas przebywania izotopu promieniotwórczego w organizmie zaleŝy od okresu jego połowicznego zaniku jak i od sposobu związania go w danym organizmie, oraz od indywidualnych cech skaŝonego i jego wieku.

9 Innym skutkiem promieniowania jest choroba oczu katarakta, która nie leczona powoduje zanik widzenia. Pierwiastki promieniotwórcze, mają takŝe toksyczne działanie na organizm na skutek ich właściwości chemicznych. Bardzo często są to metale cięŝkie. U osób stykających się z pyłem związków pochodzących z naturalnych szeregów promieniotwórczych uranu i toru stwierdzono cięŝkie schorzenia układu krwionośnego, nowotwory płuc i schorzenia nerek. Innym pierwiastkiem jest pluton, który wchłonięty przez drogi oddechowe, moŝe przedostać się do kości i spowodować powstanie nowotworów. Badania na zwierzętach i roślinach wskazują, Ŝe małe dawki promieniowania skutkują zerowymi lub pozytywnymi ze względu na zdrowie skutkami. NaleŜą do nich np.: 1. Zmniejszenie liczby nowotworów, 2. Zwiększenie średniego czasu Ŝycia, 3. Zwiększenie szybkości wzrostu, 4. Wzrost wielkości i masy ciała, 5. Wzrost płodności i zdolności reprodukcyjnych, 6. Zredukowana liczba mutacji. Wykazano, Ŝe reakcje fizjologiczne roślin i zwierząt na małe dawki promieniowania są analogiczne efektom działania wielu naturalnych pierwiastków i związków chemicznych, które stanowią zasadnicze składniki poŝywienia, natomiast przy wyŝszych stęŝeniach są dla organizmu toksyczne. Aby ocenić skutki promieniowania jonizującego, naleŝy z jednej strony znać rodzaje promieniowania, ilość substancji promieniotwórczej, energię promieniowania oraz odległość i czas przebywania w pobliŝu materiałów promieniotwórczych. Wszystkie te czynniki składają się na wartość pochłoniętej dawki promieniowania. Miarą dawki pochłoniętej przez materię jest energia pochłonięta przez tę materię w procesie promieniowania, w przeliczeniu na jednostkę masy. Jeśli mówimy o naturalnych źródłach promieniowania, to pozornie moŝna sądzić, Ŝe nie mamy na nie Ŝadnego wpływu. Oddziaływanie tych źródeł zostało zakłócone przez działalność człowieka. Przyczyną tych zakłóceń jest np. spalanie węgla i stosowanie nawozów sztucznych, w których zawarte są śladowe ilości uranu i radu. Pyły emitowane do atmosfery w wyniku spalania węgla, zwiększają stęŝenie naturalnych substancji promieniotwórczych w powietrzu, w glebie i roślinach. Nie da się całkowicie uniknąć oddziaływania promieniowania, jesteśmy na nie skazani. Promieniowanie jonizujące stwarza zagroŝenia, ale teŝ przynosi ogromne korzyści. Nie ma takiej dziedziny ludzkiej działalności, która byłaby wolna od zagroŝeń. Nie moŝna ich całkowicie wyeliminować, ale moŝna i trzeba je ograniczać. Do podstawowych zasad ochrony radiologicznej naleŝą: 1. Nie naleŝy dotykać ani otwierać pojemników, w których znajdują się materiały promieniotwórcze. Nie wolno wyjmować źródeł z pojemników, usuwać osłon, rozmontowywać urządzeń, w których się znajdują. 2. Nie naleŝy zbliŝać się do materiałów promieniotwórczych, nie wolno ich kupować lub przechowywać. Procedurę obchodzenia się z materiałami promieniotwórczymi opisują specjalne instrukcje, do których naleŝy się stosować dla bezpieczeństwa własnego i otoczenia. Podsumowując, naleŝy stwierdzić, Ŝe biologiczna rola promieniowania jonizującego zasługuje na wnikliwą uwagę. Badania nad tym zagadnieniem naleŝy prowadzić w interesie nauk biologicznych i medycznych