Az ionizáló sugárzásról
Az ionizáló sugárzásról
Amikor az ionizáló sugárzás az élő sejteket vagy szervezeteket érinti, ezek az ionizációs folyamatok vagy más változások a molekulákban többé-kevésbé súlyos károkat okozhatnak a sejtekben és az organizmusokban.
A sugárzás – sugárzási forrásból származik – energiát szállít. Az energiát elektromágneses hullámok formájában (például X-sugárzás esetén) vagy részecskeáramként (például alfa- vagy béta-sugárzás formájában) szállítják.
Ionizáló sugárzás esetén több energia szabadul fel (fotononként), mint a látható fény vagy az infravörös sugárzás (hő sugárzás) esetén. Így az ionizáló sugárzás által behatolt anyag megváltozhat. Pontosabban fogalmazva, az atomok és a molekulák ionizálódnak a folyamat során, ami azt jelenti, hogy az elektronok „kiürülnek” az atomok vagy molekulák héjából. A maradék atom vagy molekula ezután (legalábbis rövid ideig) elektromosan pozitív töltésű. Az elektromosan töltött részecskéket ionoknak nevezzük.
Ionizáló sugárzás és radioaktivitás
Az ionizáló sugárzás mesterségesen (X-sugárzás) keletkezhet, vagy akkor fordulhat elő, ha bizonyos atomi atomok radioaktív bomláson mennek keresztül (alfa, béta, gamma és neutron sugárzás). Ha bizonyos atommagok külső behatások nélkül más magokká alakulnak át, és nagy energiájú sugárzást (ionizáló sugárzást) bocsátanak ki a transzformáció során, ezt a jellemzőt radioaktivitásnak nevezik. A nukleáris átalakulás folyamatát radioaktív bomlásnak tekintik. A radioaktív atommagokat radionuklidoknak nevezzük.
Ha atommagok is fel vannak osztva, például egy nukleáris reaktor tüzelőanyag-rudaiban, akkor a hasadási termékek mellett ionizáló sugárzást generálnak.
A kiindulási anyagtól függően stabil vagy radioaktív bomlástermékeket képeznek, amelyek a maga részéről tovább bomlanak. A radioaktív anyagok továbbra is bocsátanak ki ionizáló sugárzást, amíg az „utolsó” radionuklid le nem bomlik.
Az ionizáló sugárzás legfontosabb típusai
- Az alfa-sugárzás részecske sugárzás, amely két protonból és két neutronból áll. Ezért egy alfa-részecske a hélium atommagja. Az alfa részecskék nagyon gyorsan felszívódnak az anyagban (például levegőben és vízben), és ezért csak nagyon kis hatótávolságúak (néhány centiméter a levegőben; kevesebb, mint milliméter a vízben). Papírlapokkal már árnyékolhatók. Külső expozíció esetén az alfa-sugárzás csak az emberi bőr külső rétegein hatolhat át. Az alfa-sugárzók – vagyis a bomlás során alfa-részecskéket kibocsátó radioaktív anyagok belégzése vagy bevétele a testbe (beépítés) levegővel vagy élelemmel – jelentős sugárterheléshez vezethet. Mivel az alfa-részecskék nagyon kis távolságra veszítik energiájukat, különösen súlyos károkat okoznak a szövetekben. Az alfa-sugárzók beépítésének tipikus és fontos példája a radon és utódainak bejutása belélegzett levegőn keresztül.
- A béta-sugárzás olyan részecske-sugárzás, amely akkor fordul elő, amikor a radioaktív atommagok (negatív töltésű) elektronokat vagy – ritkábban – pozitronokat (pozitív töltésű részecskék, amelyek azonos tömegűek, mint az elektronok) bocsátanak ki, amikor bomlanak. A béta-sugárzást sokkal kevésbé könnyű elnyelni az anyag, mint az alfa-sugárzást, ennélfogva hosszabb tartományú: A béta-részecskék penetrációs képessége néhány centimétertől méterig terjed a levegőben, néhány millimétertől centiméterig a lágy szövetekben és műanyagokban. A béta-sugárzás meglehetősen könnyen árnyékolható például néhány milliméter vastag alumíniumlemezzel. A béta-sugárzást bocsátó radioaktív részecskék szintén jelentős sugárterheléshez vezethetnek, ha a test felveszi őket (beépítették) belélegzett levegő vagy táplálékfelvétel útján. Külső expozíció esetén a béta-sugárzás szintén károsíthatja a test szövetét, mivel még akkor is behatolhat a testbe, ha nem is nagyon mélyen. Egy bizonyos távolságon belül azonban lényegesen kevesebb energiát veszít, mint az alfa-sugárzás. Azt mondjuk, hogy a béta-sugárzás biológiai hatékonysága alacsonyabb, mint az alfa-sugárzásé.
- A neutron sugárzás nem töltött részecskékből (a neutronokból) áll. A neutronok elsősorban a maghasadás során szabadulnak fel, amely a nukleáris átalakulás speciális típusa. A maghasadás csak a nehéz atommagokra jellemző (például az urán elemmagjai ). A neutron sugárzást alig szívja fel a levegő. Az árnyékolás meglehetősen kifinomult. A lehető legnagyobb hidrogéntartalmú anyagokat (például paraffint, polietilént, vizet) használják a neutronok kezdeti lelassításához. A lelassult (termikus) neutronokat abszorbensnek (például bórnak vagy kadmiumnak) kell elfognia. Az egyidejűleg kibocsátott gamma-sugárzást ólommal kell árnyékolni. Különösen a biológiai szövettel (különösen a benne lévő vízmolekulákkal) való erős kölcsönhatás miatt a neutron sugárzás nagy biológiai hatékonysággal rendelkezik.
- A gamma-sugárzás esetén az energiát elektromágneses hullámként továbbítják. Az elektromágneses sugárzást frekvencia vagy hullámhossz alapján lehet leírni. Minél nagyobb a frekvencia és annál rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb a sugárzás. A gamma-sugárzás az „elektromágneses spektrum” nagy energiájú végén, a magas frekvencia vagy a rövid hullámhossz végén van. A gamma-sugárzás az atommagban levő radioaktív atomok bomlásából származik, gyakran az alfa- vagy béta-sugárzás mellett. Nagyon könnyen behatol az anyagba. Ezért az árnyékolás bonyolult. Nehéz anyagokat, például ólmot és betont használnak. Mind a külső expozíció, mind a beépülés esetén a gamma-sugárzás káros az élőlényekre, mivel mélyen behatol a szövetekbe. Biológiai hatékonysága azonban alacsonyabb, mint például az alfa-sugárzásé, mivel bizonyos távolságon belül kevesebb energiát továbbít a szövetekbe.
- Az X-sugárzás elektromágneses sugárzás. Mesterségesen generálható, ha a nagysebességű elektronokat lelassítják egy röntgencső anódján (pozitív töltésű elektród). Minél nagyobb az alkalmazott csőfeszültség, amelynél a röntgencsőben lévő elektronok gyorsulnak, annál rövidebb a hullámhossz és annál nagyobb a kapott X-sugárzás maximális energiája. A röntgengép kikapcsolásakor nem keletkezik röntgen sugárzás. X-sugárzás keletkezhet a radioaktív atommagok lebomlásának eredményeként is, ha a kémiai elem megváltozik. Az atomhéj alkalmazkodik ezekhez a változásokhoz, és energiát szabadítja fel X-sugárzás formájában.
Vállaljuk az ionizáló sugárzások műszeres mérését, valamint – igény szerint – a műszaki és gazdasági paraméterek optimális kiválasztásában is segítünk.