Radioaktivita (5 experimentů)
Úvod
Najdeme mnoho technických, průmyslových či diagnostických aplikací, kde se využívá ionizující záření, jako např. detektory kouře v hlásičích požáru, rentgenové přístroje pro průmyslovou či lékařskou diagnostiku, sterilizaci potravin a lékařských pomůcek. Ionizující záření nás může jak léčit (seznamte se např. s tzv. Lekselovým gama nožem, který se nachází v Nemocnici Na Homolce), ale také ublížit nám. Proto by každý člověk měl dobře znát základní způsoby ochrany před zdroji ionizujícího záření. Přitom je třeba přihlédnout i k jeho druhu.
Rozeznáváme několik druhů ionizujícího záření, které se liší svou pronikavostí i v základních vlastnostech:
- Záření alfa tvoří ve srovnání s dalšími druhy proud těžkých částic – tzv. helionů (tj. ionizovaných jader hélia). K jejich odstínění stačí vrstva papíru, plastu apod. tenká asi 1 mm). Někdy není třeba záření alfa vůbec stínit, protože ve vzduchu je dolet částic alfa jen několik centimetrů, při vyšších energiích max. desítky centimetrů. Částice alfa mají náboj a reagují na elektromagnetické pole.
- Záření beta představuje proud lehkých elektronů (β−), popř. proud pozitronů (β+). Lze jej snadno odstínit lehkými materiály (plasty, např. plexisklem tloušťky cca 5–10 mm). Pro zajímavost: olovo není vhodný stínicí materiál pro záření β, neboť v něm vzniká intenzivní brzdné záření. Částice záření beta díky elektrickému náboji rovněž reagují na elektromagnetické pole.
- Záření gama představuje vysokoenergetické kvantum elektromagnetického vlnění – této kvazičástici říkáme foton gama (γ). Nejlépe ho odstíní materiály s velkou hustotou, např. olovo, případně též beton. Olověné zástěny, olověné obložení se často používá v lékařství – viz obr. 1. V olověných obalech se přechovávají zářiče. Na odstínění záření gama o energii cca 100 keV stačí vrstva olova tloušťky 2 mm. Oproti předchozím druhům gama záření nelze ovlivnit elektromagnetickým polem.
|
| Obr. 1: Stínicí stěna z olova kolem rentgenového přístroje. (Převzato z webu společnosti Plehaso, k. s.) |
Základní a intuitivní způsoby ochrany před ionizujícím zářením jsou:
- Ochrana vzdáleností – nacházíme se pokud možno co nejdále od zdrojů ionizujícího záření.
- Ochrana dobou expozice – minimalizujeme dobu výskytu poblíž zdroje ionizujícího záření.
- Ochrana stíněním – jestliže se musíme pohybovat v blízkosti radioaktivních zdrojů, můžeme se účinně chránit vrstvou vhodného stínicího materiálu.
Pro první dva způsoby ochrany nepotřebujeme žádné zvláštní pomůcky. Především musíme znát a respektovat označení nebezpečných zářičů. Rovněž před přirozeným radiačním pozadím se nemusíme chránit. Živé formy na zeměkouli jsou totiž jeho existenci dobře přizpůsobeny; např. v buňkách fungují do jisté míry poškození samoopravovací mechanizmy dvoušroubovice DNA, která nese genetickou informaci. Naopak přirozené radiaci můžeme vděčit za pestrou diverzitu života na Zemi, která je navíc určována zákony evoluce.
Radioaktivita čili samovolná přeměna jader nestabilních prvků, doprovázená vznikem ionizujícího záření, je náhodný fyzikální jev, který nelze předpovědět, přesto jej můžeme popisovat pomocí prostředků statistické fyziky. V této úloze se seznámíte se základními pojmy ze statistiky a s nimi si následně ověříte jednoduché zákonitosti, které pro způsoby naší ochrany před ionizujícím zářením platí.