Pierwsza część cyklu jest tutaj
Druga część cyklu jest tutaj
Z poprzednich odcinków dowiedzieliście się, czym jest promieniowanie i jak to jest z tym półrozpadem (czasem półtrwania). Dziś chciałbym opowiedzieć trochę o sprawach praktycznych, w tym o jednostkach związanych z promieniowaniem. Pisał o tym dość obszernie Lucas. Już tam mogliście się zorientować, że jest z tym duże zamieszanie. Są jakieś rentgeny, rady, bekerele, greje, siwerty, remy, repy. Ba, mamy też różne dawki: równoważną, skuteczną, efektywną, progową i wiele innych. Żeby wszystko było bardziej zagmatwane, mamy też takie pojęcia, jak moc dawki i jej jednostki. Każdy, kto miał wykłady z chemii albo fizyki jądrowej czy też radiochemii, zapewne pamięta uczenie się tych definicji. Nie, nie zamierzam was tym wszystkim katować, bo to nie ma żadnego sensu.
Co warto wiedzieć o jednostkach promieniowania
Kwestiami związanymi z pomiarami promieniowania zajmuje się dozymetria. Jest to dział fizyki jądrowej obejmujący przede wszystkim pomiary, ale też obliczenia dawek promieniowania.
Zacznijmy od podstaw. Jednostką promieniowania w układzie SI jest bekerel (Bq). Nazwa pochodzi oczywiście od pana Becquerela, jednego z odkrywców promieniowania. Próbka, w której zachodzi jeden rozpad na sekundę, ma aktywność 1 Bq. Jest to niezwykle mała wartość, zwykle mamy wartości rzędu MBq czy nawet GBq. Przykładowo: 1 gram radu ma aktywność 36,6 GBq. Aktywność wynikająca z obecności w naszym organizmie potasu-40 (pisałem w odcinku #1 o bananach) wynosi 4 kBq.
Kolejną ważną jednostką jest grej (Gy). W grejach mierzy się dawkę pochłoniętą, np. przez organizm człowieka. 1 grej to dawka promieniowania o energii 1 dżula na 1 kg masy (1 Gy = 1 J/kg). Im większa dawka, tym więcej szkód – sprawa jest prosta. Wystarczy kilka grejów, aby efekt był porażający (pamiętacie naukowców i strażaków wymiotujących po kilku minutach obecności w Czarnobylu?). 6-8 grejów powoduje zwykle śmierć w ciągu 2-4 tygodni, jeśli człowiek pochłonie więcej niż 30 Gy, praktycznie nie ma szans, aby przeżyć więcej niż 2 dni.
Jeśli mówimy o ryzyku pochodzącym od promieniowania jonizującego, posługujemy się siwertami (Sv). Wiadomo, że każdy nasz organ inaczej reaguje na promieniowanie. Dlatego też wprowadzono pojęcie dawki równoważnej, której jednostką jest właśnie siwert. W praktyce jest to dawka w grejach pomnożona przez tzw. współczynnik wagowy, a więc tu mamy też 1 J/kg. Uwaga: siwert jest dawką bardzo dużą. Uznaje się, że człowiek, który pochłonął dawkę 1 Sv, ma niewielką szansę, aby przeżyć, jeśli natychmiast nie otrzyma specjalistycznej pomocy lekarskiej.
Ile praktycznie pochłaniamy promieniowania w trakcie różnych czynności?
| Opis wydarzenia | Dawka |
| Zjedzenie banana | 0,10 µSv |
| Mieszkanie przez rok w pobliżu elektrowni jądrowej | 0,11 µSv |
| Mieszkanie przez rok w pobliżu elektrowni węglowej | 0,38 µSv |
| Lot przez Atlantyk | ok. 100 µSv |
| Rentgen klatki piersiowej | ok. 100 µSv |
| Mammografia | ok. 400 µSv |
| Tomografia klatki piersiowej | ok. 7 mSv |
| Bezpieczna roczna dawka | 1 mSv |
| Roczna dawka astronauty | 420 mSv |
| Choroba popromienna | 1 Sv |
| Śmierć w ciągu kilku godzin | 100 Sv |
Tu muszę wspomnieć o jeszcze jednej jednostce. Obecnie w zasadzie nie używa się jej, ale wszystkie starsze pomiary były podawane w rentgenach (R). Można zapamiętać, że 1 rentgen to w przybliżeniu 10 mSv.
Ale dawka to jedno, a czas ekspozycji na promieniowanie też ma znaczenie. Dlatego też mamy jedno bardzo ważne pojęcie – moc dawki. Można ją określić jako natężenie promieniowania. Jednostką jest Sv/h. Zwracam uwagę na to, że jest to także olbrzymia jednostka. Jeśli spojrzymy na udostępnianą przez Państwową Agencję Atomistyki (PAA) mapę sytuacji radiacyjnej w kraju, możemy zobaczyć aktualne wartości mocy dawki promieniowania gamma.
Znajdziemy tam dane dotyczące mocy dawki promieniowania gamma mierzone przez kilkadziesiąt stacji pomiarowych. Większość z nich pokazuje wartości mniejsze niż 0,1 µSv/h. Jeśli będą nieco większe, nadal nie ma problemu – tak się dzieje np. w przypadku opadów deszczu. Pyły radioaktywne, które są zawsze w powietrzu, opadają z kroplami i podwyższają te wartości, oczywiście tylko czasowo. PAA dba o nasze bezpieczeństwo – jeśli będzie jakieś zagrożenie, zostaniecie poinformowani.
No dobrze, a poza Polską? Tu mamy do pomocy mapy unijne. Kliknięcie niebieskiego punktu pokazuje nie tylko aktualną moc dawki dla danej stacji (w nSv. Wyjaśnienie: 1 µSv = 1000 nSv), ale także dane z ostatniego tygodnia. Rzućcie okiem na te dane 2-3 dni po opadach, zobaczycie wzrost i spadek mocy dawki. Uwaga: naprawdę warto prześledzić te dane – zobaczycie, że jest wiele miejsc, w których promieniowanie jest kilkakrotnie większe niż w Polsce.
Urządzenia do pomiaru promieniowania
No dobrze, macie już wiedzę o jednostkach. Ale dane muszą się skądś brać. Jakich urządzeń używa się do pomiaru promieniowania? Zacznijmy od najstarszych. Niemal sto lat temu Geiger (uczeń Rutherforda) wraz z Müllerem opracowali urządzenie do detekcji promieniowania. Jest to zamknięty szklany pojemnik wypełniony gazem obojętnym, najczęściej argonem. Wewnątrz mamy metalową anodę, a katodę stanowi metalowa rurka wewnątrz szklanego pojemnika. Do elektrod jest podłączone napięcie stałe, zwykle ok. 500 V. Jeśli do środka dociera promieniowanie, wywołuje ono jonizację, czyli wyrywa elektrony z atomów argonu. Elektrody są pod napięciem, a pomiar polega na wykryciu impulsu napięcia. Reszta to detekcja – słychać trzaski (to pewnie znacie z filmów – jak zaczyna mocno trzaskać, trzeba uciekać), wskazówka licznika się wychyla albo wskaźnik pokazuje wartość liczbową. I tyle. Dzisiejsze liczniki działają na podobnej zasadzie.
Zapewne byliście kiedyś prześwietlani. Każdy z techników i lekarzy pracujących w tych warunkach nosi dozymetr osobisty. Kiedyś był to taki mały biały płaski prostopadłościan przypinany do kitla. To tzw. dozymetr fotometryczny. Wykorzystuje on zjawisko zaczernienia błony fotograficznej promieniowaniem. Po określonym czasie odsyła się go do laboratorium, skąd dostaje się wynik, określający tzw. dawkę skumulowaną. Jest to najbardziej prymitywne, niedokładne urządzenie. Dziś obsługa RTG i podobnych urządzeń ma do dyspozycji małe dozymetry osobiste, które na bieżąco pokazują (zwykle na wyświetlaczu LCD) skumulowaną dawkę przyjętą przez pracownika.
Ale na rynku mamy dziesiątki modeli dozymetrów, niektóre z nich są naprawdę wyrafinowanymi urządzeniami elektronicznymi. Są one dostępne komercyjnie, można je kupić w wielu miejscach za kilkaset złotych. Jeśli ktoś bardzo chce, może to zrobić, ale… no właśnie, tańsze urządzenia nie są skalibrowane i podają wyniki znacząco różniące się od rzeczywistych. Rzetelne urządzenia to koszt tysięcy złotych, a i tak powinny one co jakiś czas być profesjonalnie kalibrowane (wzorcowane). W Polsce zajmuje się tym m.in. Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej (CLOR).
A na sam koniec: jeśli chcecie się dowiedzieć o rozmaitych niebezpieczeństwach na świecie, zajrzyjcie na tę stronę. Można tam znaleźć informacje z całego świata: o wypadkach, trzęsieniach ziemi, zagrożeniach radiacyjnych, biologicznych i chemicznych oraz wielu innych. Naprawdę masa cennych danych.
W kolejnym odcinku napiszę głównie o tym, co robić w przypadku skażenia promieniotwórczego.