Radiacijos ABC arba viskas, ką neprošal žinoti apie jonizuojančiąją spinduliuotę

Kas yra radiacija? Taip vadinama įvairaus tipo jonizuojanti spinduliuotė. Tokia spinduliuotė ypatinga tuo, jog ji sugeba iš spinduliuojamos medžiagos atomų atimti elektronus.

Tris pagrindinius jonizuojančios spinduliuotės (radiacijos) tipus priimta vadinti graikiškos abėcėlės raidėmis – alfa, beta ir gama.

Alfa spinduliuotė – tai helio-4 branduolių srautas (įdomumo dėlei – beveik visas į nesileidžiančius oro balionus pripūstas helis kadaise buvo alfa spinduliuotė). Beta spinduliuotė – greitų elektronų (rečiau – antidalelių pozitronų) srautas. Gama spinduliuotė – didelės energijos fotonų srautas. Yra ir dar vienas radiacijos tipas – neutronų srautai. Jonizuojanti spinduliuotė (išskyrus rentgeno spindulius) – branduolinių reakcijų rezultatas. Todėl nei mobilieji, nei išmanieji telefonai, nei mikrobangų krosnelės nėra radiacijos šaltinis.

Užkrėsta ginkluotė

Iš visų radiacijos rūšių svarbiausia yra gama spinduliuotė. Ji pasižymi ypač dideliu skvarbumu – teoriškai jokia fizinė kliūtis nesugebėtų sulaikyti šių spindulių šimtu procentų. Todėl gama spinduliuotės esame veikiami praktiškai nuolat – iš kosmoso ji pasiekia mus net ir per storą atmosferos sluoksnį. Ji prasiskverbia pro gruntą, namų sienas.

Tačiau gama spinduliuotė turi ir silpnų vietų. Viena tokių – gana silpnas ardomasis poveikis. Organizmui savo energiją perduoda tik labai nedidelė dalis fotonų. Švelni gama spinduliuotė ir rentgeno spinduliuotė iš esmės sąveikauja su medžiaga, fotoefekto dėka išmušdama iš jos elektronus. Intensyvi gama spinduliuotė nukloja elektronus – fotonai neabsorbuojami ir išsaugo didžiąją dalį kenksmingos savo energijos, todėl molekulių pažeidimo tikimybė tokiu atveju kur kas menkesnė.

Beta spinduliuotės poveikis panašus į gama spinduliuotės poveikį – ji irgi iš atomų išmuša elektronus. Tačiau ją visiškai sugeria oda ir artimiausi poodiniai audiniai – ši radiacija nepasiekia vidaus organų. Vis dėlto greitųjų elektronų srautas (beta spinduliuotė) apšvitintiems audiniams perteikia didžiąją dalį kenksmingos savo energijos, todėl ant odos gali atsirasti apšvitos nudegimai. Taip pat beta radiacija gali tapti kataraktos priežastimi.

Alfa spinduliuotė pasižymi dideliu energijos ir impulso kiekiu, todėl ji ypač gerai išmušinėja elektronus iš atomų ar net atomus iš molekulių. Todėl alfa spinduliuotės žala – kur kas didesnė. Yra priimta laikyti, kad perdavusi kūnui 1 džaulį energijos, alfa spinduliuotė pakenks taip, kaip pakenktų 20 džaulių gama ar beta spinduliuotės.

Laimė, alfa spindulių skvarba yra ypač menka: alfa daleles sugeria tik viršutiniai odos sluoksniai. Tačiau patekę į organizmo vidų, aktyvieji alfa izotopai nepaprastai pavojingi sveikatai – prisiminkite skandalingą Aleksandro Litvinenkos nunuodijimą radioaktyviu poloniu – į jo arbatą buvo įpilta aktyviojo alfa izotopo polonio-210.

Neutrali grėsmė

Tačiau pavojingiausi radiacijų sąraše, be abejo, yra greitieji neutronai. Neutronas neturi elektrinio krūvio, todėl sąveikauja ne su elektronais, o su branduoliais – ir tik "atsitrenkę tiesiai į juos". Greitųjų neutronų srautas gali prasiskverbti ir pro 2-10 cm storio skydą visiškai su juo nesąveikaudamas ir išsaugodamas visą sveikatai kenksmingą energiją. Beje, susidūrę su sunkiųjų elementų branduoliu neutronai tik nukrypsta nuo kurso, tačiau energijos beveik nepraranda. O susidūręs su vandenilio branduoliu (protonu) neutronas perduoda jam apie pusę savo energijos ir išmuša tą protoną iš jo vietos.

Kaip tik toks greitasis protonas (kitaip tariant – lengvojo elemento branduolys) ir sukelia medžiagoje ar audiniuose jonizacijos procesus – jis veikia kaip alfa spinduliuotė. Suma sumarum, neutroninė spinduliuotė skvarbumu niekuo nenusileidžia gama spinduliuotei ir lengvai prasiskverbia į organizmo vidų, ten "priskaldo" aibę greitųjų protonų, kurie su alfa spinduliuotės nirtumu pradeda ardyti audinių molekules.

Maža to, neutronai – tai spinduliuotė, kuri apšvitintose medžiagose sukelia vadinamąjį kryptingąjį radioaktyvumą – stabilius izotopus paverčia radioaktyviaisiais izotopais. Tai – ypač nelinkėtinas procesas: pvz., nuo radiacija užterštoje zonoje pabuvojusios transporto priemonės galima nuplauti radioaktyviąsias alfa, beta ir gama dulkes, o štai atsikratyti radioaktyviųjų neutronų nepavyks niekaip – mat radiacijos šaltiniu bus tapęs pats transporto priemonės kėbulas. Kaip tik tam ir buvo kuriamos neutroninės bombos – kad neatsikratomai "užkrėstų" radiacija karinę priešo techniką (tankus, lėktuvus ir t.t.).

Gamtoje neutroninės spinduliuotės fonas labai menkas. Galima sakyti, rizika būti apšvitintam neutronine spinduliuote kyla tik branduolinio bombardavimo arba rimtos avarijos branduolinėje jėgainėje atveju.

Radiacijos matuokliai

Radiaciją aptikti ir matuoti galima įvairiais registravimo įrenginiais. Patys paprasčiausi – jonizuojančios kameros, proporciniai skaitikliai ir Geigerio-Miulerio skaitikliai. Tai – storasienis metalinis vamzdelis, kurio viduje yra tam tikros dujos (arba oras), o per išilginę ašį ištempta viela – elektrodas. Tarp korpuso ir vielos prijungiama elektros įtampa – taip matuojama pratekanti elektros srovė. Neaukšta įtampa naudojama jonizuojančios kamerose, aukšta įtampa – Geigerio-Miulerio skaitikliuose, vidutiniškai aukšta įtampa – proporciniuose skaitikliuose.

Jonizuojančiomis kameromis ir proporciniais skaitikliais galima nustatyti energiją, kurią dujoms perdavė kiekviena dalelė. Geigerio-Miulerio skaitiklis tik skaičiuoja daleles, užtat jo rodmenis labai lengva gauti ir apdoroti: kiekvieno impulso galios pakanka, kad jis būtų tiesiogiai ištransliuotas į nedidelį garsiakalbį. Kuo daugiau dalelių, tuo intensyviau "traška" Geigerio-Miulerio skaitiklis.  

Skydas nuo radiacijos

Mėginant saugotis nuo gama spinduliuotės, efektyviausi būna sunkieji elementai – pvz., švinas. Kuo didesnis cheminio elemento atominis skaičius Mendelejevo lentelėje, tuo stipriau vyksta fotoefektas. Apsaugos sėkmė priklauso ir nuo spinduliuotės dalelių energijos. Štai net ir švinas (tiksliau, 5 mm storio švino šarvas) cezio-137 spinduliuotę sumažina tik du kartus. Kobalto-60 atveju dvigubam radiacijos susilpninimui reikės daugiau nei centimetro storio švino plokštės. Plonas švino sluoksnis (pvz., 1 mm sumažins 10 kartų) apsaugos tik nuo švelnios gama spinduliuotės, kurią skleidžia, pvz., kobaltas-57. Todėl antiradiaciniai kombinezonai iš filmų ir kompiuterinių žaidimų iš tikrųjų apsaugo tik nuo švelniosios gama spinduliuotės.

Beta spinduliuotę visiškai sugeria tam tikro storio skydas. Pvz., cezio-137 beta spinduliuotę visiškai sugers 2 mm storio vandens sluoksnis ar 0,6 mm storio aliuminio plėvelė. O štai nuo beta spinduliuotės gintis švinu neverta – pernelyg greitas beta elektronų stabdymas generuoja rentgeno spindulius.

Paprasčiausia apsiginti nuo piktos, bet neskvarbios alfa spinduliuotės. Tam pakaks net paprasto popieriaus lapo. Beje, didžioji dalis alfa dalelių oru nesugeba nuskrieti net ir 5 cm, todėl alfa dalelių apsaugos gali prireikti nebent tiesiogiai liečiant radiacijos šaltinį. Kur kas svarbiau apsisaugoti nuo aktyviųjų alfa izotopų patekimo į organizmą – tam naudojamos kaukės (respiratoriai), o idealiausias atvejis – hermetinis kostiumas su izoliuota kvėpavimo sistema.

O nuo pragaištingųjų greitųjų elektronų apsaugo tik medžiagos, kuriose yra daug vandenilio. Pavyzdžiui, angliavandeniliai. Geriausias variantas – polietilenas. Susidūrę su vandenilio atomais, neutronai greitai praranda savo energiją, sulėtėja ir netrukus netenka sugebėjimų jonizuoti. Vis dėlto tokie neutronai vis dar pajėgūs radioaktyviais paversti daugelį stabilių izotopų. Todėl saugantis nuo neutroninės spinduliuotės dažnai naudojamas boras – jis ypač gerai sugeria lėtuosius (arba šiluminius) neutronus. Deja, polietileno plėvė saugantis nuo neutroninės radiacijos turi būti ne plonesnė nei 10 cm. Taigi, polietileninio maišelio tam nepakaks, o 10 cm skydas svers ne ką mažiau nei saugojimuisi nuo gama spinduliuotės skirtas švininis.