Porady
Alfa, beta czy gamma? Urządzenia do pomiaru radioaktywności są stosowane w wielu dziedzinach. Podczas gdy promieniowanie alfa i beta składa się z naładowanych cząstek, promieniowanie gamma i promieniowanie rentgenowskie składają się z nienaładowanych fotonów i kwantów.
Najpopularniejszym typem miernika radioaktywności jest rurka licznika Geigera-Müllera, w skrócie licznik Geigera. Różne detektory mierzą różne rodzaje promieniowania: alfa, beta, gamma, rentgenowskie.
Zasada działania lampy licznikowej polega na tym, że w momencie pojawienia się promieniowania radioaktywnego w detektorze powstaje napięcie elektryczne, które można zmierzyć:
- Gdy tylko cząstka jonizująca dostanie się do rurki licznika Geigera-Müllera, następuje reakcja łańcuchowa, która prowadzi do wyładowania gazowego.
- Cząstka ta odrywa elektrony od jąder atomowych gazu szlachetnego (zwykle argonu lub kryptonu) w liczniku, a te, podobnie jak niezliczone cząstki wtórne, docierają do anody.
- Powoduje to powstanie napięcia w rurce licznika i zjonizowany gaz staje się na krótki czas przewodnikiem, obwód zamyka się i licznik Geigera sygnalizuje promieniowanie. Wiele jonów na anodzie powoduje brak równowagi i jednocześnie osłania katodę.
- W efekcie napięcie w rurce licznika maleje i w końcu obwód zostaje przerwany.
Czas martwy to okres po tym rozładowaniu gazu, w którym miernik nie mierzy żadnego sygnału. Czas martwy kończy się z chwilą rozładowania chmury jonów przy katodzie. W zależności od konstrukcji licznika Geigera wynosi on w przybliżeniu od 0,1 do 0,3 milisekundy.
Wiele przyrządów pomiarowych do pomiaru radioaktywności łączy w sobie wykrywanie kilku rodzajów promieniowania radioaktywnego. Często wielkość dawki można odczytać bezpośrednio z wyświetlacza; w przypadku niektórych urządzeń można ją odczytać dopiero później, za pomocą innych urządzeń i oprogramowania. Większość liczników Geigera posiada funkcję ostrzegania: akustyczną, optyczną lub wibracyjną.
Inne konstrukcje niż rurka licznika Geigera-Müllera mierzą promieniowanie radioaktywne według tej samej zasady. Komora jonizacyjna i rura licznika proporcjonalnego są jednocześnie rurami liczącymi. One również wypełnione są gazem, który pozwala zamienić reakcję jonów z promieniowania radioaktywnego na mierzalne efekty elektryczne. Komora jonizacyjna i rura licznika proporcjonalnego pracują przy niższych napięciach niż rura licznika Geigera-Müllera, nie ma więc stałego wyładowania gazu z następującym po nim czasem martwym.
Liczniki Geigera są często projektowane jako proste mierniki dawki. Czasami dozymetr jest bezpośrednio zintegrowany, ponieważ ta dodatkowa funkcja jest technicznie łatwa do dodania.
Liczniki Geigera (dose rate meters) mierzą aktualną dawkę promieniowania. Z jednej strony wykrywają, czy promieniowanie radioaktywne jest w ogóle obecne, a z drugiej - jak wysoka jest w danym momencie ekspozycja na promieniowanie.
Dozymetry sumują dawkę promieniowania w czasie. Dzięki temu możliwe jest określenie skumulowanej ekspozycji na promieniowanie w wyniku oddziaływania promieniotwórczego. Dozymetry są stosowane w ochronie przed promieniowaniem, ponieważ mogą monitorować przestrzeganie wartości granicznych w dłuższych okresach czasu. Dozymetry są często projektowane jako przenośne dozymetry osobiste, które są noszone na ciele przez cały czas przez określone grupy zawodowe w terenie.
Uwaga: W Austrii w przepisach dotyczących wzorcowania terminy dozymetr i miernik dawki są używane synonimicznie. Również w języku potocznym często nie rozróżnia się precyzyjnie urządzeń do określania aktualnej dawki promieniowania radioaktywnego od urządzeń do pomiaru wielkości dawki w dłuższym okresie czasu.
Miernik promieniowania z akustycznym i wibracyjnym ostrzeganiem przed promieniowaniem.
Mierniki radioaktywności znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak radiologia i medycyna, ale także w leczeniu nowotworów, gdzie dozymetry służą do monitorowania napromieniowania w celu dostarczenia pacjentowi optymalnej dawki.
Zespoły kontroli katastrof, takie jak straż pożarna i wojsko, są wyposażone w liczniki Geigera, aby móc działać zgodnie z pomiarami podczas operacji NBC, czyli zagrożeń jądrowych, biologicznych i chemicznych. Ponadto archeolodzy, geolodzy i naukowcy zajmujący się sztuką wykorzystują urządzenia do pomiaru radioaktywności z funkcją ostrzegania oraz dalsze metody radioaktywne do analizy nieznanych znalezisk. Za pomocą liczników Geigera wykrywane są także substancje radioaktywne występujące również w kopalniach.
Osoby prywatne mogą z łatwością nabyć proste liczniki Geigera i dozymetry. Są one coraz częściej stosowane w regionach, o których wiadomo, że są wyjątkowo narażone na radioaktywne wpływy środowiska w związku z katastrofami jądrowymi, takimi jak Czarnobyl czy Fukushima, lub znajdują się w pobliżu wciąż czynnej elektrowni jądrowej.
Jak powstaje promieniowanie radioaktywne?
W stanie obojętnym atomy i cząsteczki mają taką samą liczbę elektronów jak protony. Jeśli jednak protonów lub elektronów jest więcej, cząsteczka ma ładunek elektryczny i nazywana jest jonem. Ze względu na te niestabilne przyczynowo cząstki, promieniowanie atomowe nazywane jest również promieniowaniem jonizującym.
Promieniowanie radioaktywne powstaje podczas rozpadu jądra atomowego. Może to nastąpić w sposób naturalny lub poprzez celowe rozszczepienie atomu. Podczas rozszczepienia wydziela się promieniowanie alfa, promieniowanie beta i promieniowanie gamma. Z naukowego punktu widzenia poprawnie byłoby mówić o przemianie, bo przy rozpadzie jądra atomowego powstają nowe substancje. Te uwolnione substancje są radioaktywne, a nie promieniowanie jako takie. To co laicy i media lubią nazywać "promieniowaniem atomowym" jest więc promieniowaniem jonizującym substancji radioaktywnych.
Rodzaje promieniowania i zakresy
Do rodzajów promieniowania jonizującego zalicza się promieniowanie alfa, beta, gamma oraz promieniowanie rentgenowskie. Różnią się one składem i zasięgiem. Podczas gdy promieniowanie alfa i beta składa się z naładowanych cząstek, promieniowanie gamma i promieniowanie X składa się z nienaładowanych fotonów i kwantów.
Nawiasem mówiąc, promieniowanie gamma i promieniowanie X nie różnią się składem, lecz sposobem wytwarzania: promieniowanie gamma powstaje w wyniku reakcji jądrowych, promieniowanie X - w wyniku zmiany prędkości cząstek naładowanych lub wysokoenergetycznych przejść w powłoce elektronowej.
W wielu krajach promienie X noszą nazwę od nazwiska ich odkrywcy Wilhelma Conrada Röntgena, ale na arenie międzynarodowej skrót X dla promieniowania X oznacza promieniowanie X, analogicznie do greckich a, b, ɣ dla pozostałych rodzajów promieniowania.
Zakresy rodzajów promieniowania:
- Promieniowanie alfa (promieniowanie a) ma zasięg zaledwie kilku centymetrów. Już teraz można go zatrzymać za pomocą kartki papieru. Dlatego liczniki Geigera muszą być noszone na ubraniu, aby wykryć promieniowanie alfa.
- Promieniowanie beta (promieniowanie β) przemieszcza się na odległość kilku metrów. Może być odseparowane przez metale, na przykład aluminium.
- Promieniowanie gamma (ɣ-radiation) i promieniowanie X (X-radiation) mają najdłuższy zasięg, choć zwłaszcza w przypadku promieniowania X zasięg ten ulega technicznemu wpływowi podczas wytwarzania. Gruba warstwa ołowiu lub betonowa ściana pomaga je odseparować. Dlatego ołów jest składnikiem fartuchów ochronnych przed promieniowaniem rentgenowskim, a personel opuszcza pomieszczenie podczas ekspozycji.
Jednostki w liczniku Geigera
Becquerel (Bq) jest jednostką miary radioaktywności. 1 Bq występuje, gdy w ciągu jednej sekundy rozpada się 1 jądro atomowe. Naturalna radioaktywność w naszej żywności wynosi średnio 40 bekereli na kilogram. Oznacza to, że w 1 kilogramie żywności rozpada się średnio 40 jąder atomowych na sekundę.
Z kolei Gray (Gy) wskazuje, ile promieniowania jonizującego pochłania dana masa. Jest to obiektywna wartość wynikająca z jednostek SI dżul i kilogram. Jednostka Gray jest miarą dawki promieniowania pochłoniętej przez tkankę. W przypadku napromieniania całego ciała dawką większą niż 6 Gy szanse na przeżycie - nawet przy optymalnym leczeniu - są niewielkie, a przy 15 Gy - zerowe.
Siwert (Sv) to ważona jednostka miary dawki promieniowania. Charakteryzuje wpływ promieniowania jonizującego na człowieka. Dawka ta uwzględnia różne skutki rodzajów promieniowania oraz różną wrażliwość narządów na promieniowanie za pomocą współczynnika wagowego promieniowania. Jest to zatem najważniejszy parametr oceny zagrożeń
Wartości graniczne dla narażenia na promieniowanie
Urządzenie do pomiaru promieniowania z akustycznym i optycznym sygnałem ostrzegawczym na wyświetlaczu
W Niemczech normalna ekspozycja na promieniowanie w ciągu roku wynosi około dwóch do czterech milisiwertów. Większość z tego, 1,5 milisiwerta, wynika z badań rentgenowskich.
Oprócz promieniowania jonizującego, które powstaje w wyniku celowego rozszczepienia atomu, zawsze istnieje naturalne promieniowanie radioaktywne z przestrzeni kosmicznej i Ziemi, gdzie do promieniowania przyczyniają się np. rudy. Te poziomy są nieszkodliwe dla ludzi.
Nawet przy średnim poziomie narażenia na promieniowanie szkodliwe skutki promieniowania są jedynie wtórne, np. w postaci wzrostu zachorowań na nowotwory w populacji oraz zmian w materiale genetycznym, które prowadzą do wad rozwojowych u dzieci. Powyżej 250 milisiwertów bardzo prawdopodobne jest zwiększone występowanie nowotworów i wad genetycznych u noworodków. Podczas ciąży dawki promieniowania tak niskie jak 100 milisiwertów są krytyczne i niebezpieczne dla zdrowia i życia.
Przy dawce około 1 Siwerta występuje ostra choroba popromienna, której w łagodnej postaci towarzyszy gorączka, biegunka i nudności, a w najgorszym przypadku prowadzi do śmierci w wyniku niewydolności wielu narządów.