Zastosowanie pierwiastków promieniotwórczych w życiu człowieka : korzyści i zagrożenia.
Badania wielu fizyków, m.in. Marii i Pierre Curie wykazały, że materiały radioaktywne wysyłają trzy rodzaje promieniowania. Są to Alfa, Beta i Gamma. Promieniowanie Alfa jest bardzo słabo przenikalne, gdyż zatrzyma je nawet kartka papieru. Natomiast trudniej jest już zatrzymać promieniowanie Beta. Trzeba tu użyć grubszej warstwy innego materiału, np. aluminium lub ołowiu. Promieniowanie Gamma jest najbardziej przenikliwe i do ochrony przed jego działaniem stosuje się kilkucentymetrowe osłony ołowiane. Wiemy jeszcze, że atom składa się z jądra o ładunku dodatnim i krążących wokół ujemnie naładowanych elektronów.
Promieniotwórczość pierwiastków chemicznych znalazło wiele zastosowań we współczesnej technologii i życiu człowieka. Służy w archeologii do wykrywania wieku obiektu, poprzez znajomość okresu półrozpadu izotopu węgla-14, który wynosi 5370 lat oraz emitowane przez niego promieniowanie Beta - . Ulega on, wraz z węglem niepromieniotwórczym, asymilacji przez rośliny w postaci dwutlenku węgla. Następnie przez mięso, tłuszcze i mleko zwierząt dostaje się do organizmu człowieka. Równowaga, jaka się ustala w procesach odżywiania i oddychania w danym środowisku, sprawia, że jego stężenie w organizmach jest stałe. W przypadku obumarcia organizmu 14C przestaje być uzupełniany i z upływem czasu jego stężenie ulega zmniejszeniu. Na podstawie znajomości pierwotnego stężenia i połowicznego zaniku można określić wiek obiektu. Ta metoda, zwaną Metodą Libby’ego ma jednak pewne granice. Dla węgla okres wykrywalności wynosi ok. 50 000 lat, tak więc radiochemicy uważają, że radioaktywny izotop staje się niewykrywalny po 10 okresach półtrwania. Wynika z tego, że wiek szczątków tą metodą można określić tylko do 40 000/50 0000 lat.
Jedne ze sztucznie otrzymanych pierwiastków są izotopy technetu (Tc – przedstawiciel grupy manganowców, który ma zbliżone właściwości tego pierwiastka), który znalazł szerokie zastosowanie w medycynie. Jest stosowany m.in. w scyntygrafii mózgu, wątroby, nerek, serca, kości itd. Metoda ta polega na wprowadzeniu do organizmu odpowiedniego związku chemicznego znakowanego technetem-99m, a następnie mierzeniu promieniowania wysyłanego przez badane tkanki, które wychwyciły ten pierwiastek (największy wychwyt mają chore miejsca tkanki, np. nowotwory).
Na pewno znamy te dwa pierwiastki chemiczne odkryte przez Marię Skłodowską-Curie: polon, od nazwy jej ukochanej ojczyzny oraz rad w wyniku jego ogromnej promieniotwórczości. Z tego powodu zaczęto leczyć m.in. w Polsce od 1932 roku nowotwory. W realizacji tego celu powstał przy ul. Wawelskiej w Warszawie Instytut Radowy, obecnie znany jako Instytut Onkologii. Odrobiny soli radu (miligramy) zamyka się w m.in. igłami radowymi, a je następnie umieszcza się w chorych tkankach i pozostawia na pewien czas. Napromieniowane komórki nowotworowe ulegają zniszczeniu. Lecz odkrycie tych pierwiastków wzbudziło w ludziach nadzieję, że wreszcie znaleziono substancję będącą lekiem na wszystkie schorzenia i dolegliwości. Zaczęto stosować polon i rad do leczenia prawie wszystkich chorób, z którymi ludzkość nie umiała sobie poradzić. Wprowadzano na rynek różne medykamenty, np. maści stosowane w chorobach skóry- rad. Uważano, że będzie on skuteczny nawet przy leczeniu niepłodności, zapobieganiu starości itp. Pojawiła się w Niemczech pasta do zębów zawierająca wodorotlenek promieniotwórczego toru. Trudno jest teraz określić, ile ofiar pociągnęła za sobą naiwność chorych i brak odpowiedzialności producentów tych leków. Jednak niektóre próby zakończyły się sukcesem.
Izotopy jodu są stosowane w diagnostyce i leczeniu chorób tarczycy (125I,131I,132I). Wykorzystuje się tutaj dużą chłonność jodu przez tarczycę, która produkuje ważne hormony, w skład których wchodzi jod. Osoby mieszkające w górach często zapadają na tarczycę, gdyż mieszkają z dala od morza i nie uzupełniają braków jodu w organizmie. W celach diagnostycznych podaje się niewielkie ilości promieniotwórczego izotopu jodu, co wystarcza do sporządzenia dokładnego scyntygrafu. Stosuje się tutaj 131I, którego okres połowicznego zaniku wynosi 8 dni. Medycyna sięga także po 132I o okresie połowicznego zaniku 24 godziny oraz 125I=60 dni. 131I stosuje się także do leczenia tarczycy. Odbywa się ono poprzez wbudowanie jodu w tkanki gruczołu i bezboleśnie „wypala” zbędne komórki części gruczołu tarczycy, a po kilkudziesięciu dniach izotop zanika na tyle, że wszystko powraca do normy.
Kobalt-60 jest stosowany w wielu dziedzinach nauki, medycyny i techniki. Między innymi do napromieniowania komórek nowotworowych. Jest znacznie tańszy od igieł radiowych, a naświetlania można robić w sposób bardziej precyzyjny i bezpieczny. Pierwsze takie urządzenie było nazwane bombą kobaltową z powodu jej wyglądu. Stosuje się ją także do naświetlania żywności w celach jej sterylizacji
Izotop Tal-204 jest stosowany w urządzeniach do pomiarów grubości papieru podczas jego produkcji. Przy odpowiednim wyskalowaniu przyrządu można dokładnie określić grubość nawijanego na belę papieru. Oraz izotopy Cez-137 i Iryd-192, które są stosowane do pomiarów grubości materiałów i diagnostyki stanu technicznego oraz wykrywania wad materiałowych (defektoskopia) urządzeń przemysłowych w miejscach niedostępnych dla człowieka, np. w rurach.
Izotop Ameryk-241 jest emiterem promieniowania Alfa. Umieszcza się go w czujnikach dymów, które są montowane w urządzeniach alarmujących o zagrożeniu pożarowym.
W efekcie promieniowania jonizującego (wytwarzanie w materii jonów) wśród napromieniowanych roślin lub zwierząt mogą pojawiać się osobniki (mutanty) znacznie różniące się od osobników macierzystych. Wielokrotnie ukazywały się artykuły o nasileniu się urodzin dzieci z wrodzonymi wadami na terenach narażonych na działanie promieniowania jonizującego, gdzie doszło do dużych skażeń. W pobliżu tych rejonów były przeprowadzane próbne wybuchy jądrowe (np. Semipałatyńsk, w Kazachstanie) lub znajdowały się zakłady produkujące materiały nuklearne. Występują jeszcze choroby takie jak: białaczka (nowotwór krwi) oraz katarakta (choroba oczu), która nieleczona prowadzi do ślepoty. Efektami są także choroby popromienne (dawka letalna), które objawiają się nudnościami i biegunką. Dochodzi do odwodnienia ustroju i poważnych zaburzeń równowagi elektrolitowej organizmu prowadzącej do śmierci w ciągu zaledwie kilku godzin.
Jak wiemy, reaktory jądrowe dostarczają bardzo dużej ilości energii przy wykorzystaniu niewielkiej ilości surowców-uranu. Działają na zasadzie rozczepiania jądra atomu na mniejsze fragmenty, w wyniku czego wyzwalała się ogromna energia. Lecz niestety jest ona bardzo niebezpieczna, gdyż jeden błąd człowieka może doprowadzić do przekroczenia masy krytycznej czyli niekontrolowanej reakcji łańcuchowej, i do wybuchu. Przykładem może być awaria pod koniec kwietnia 1986 roku w Czarnobylu na Ukrainie. Tej samej nocy przeszła nad Polską ogromna chmura radioaktywna, która objęła swym zasięgiem całą wschodnią, część północnej i prawie całą zachodnią część Europy. Przyczyną wybuchu był eksperyment, który miał sprawdzić funkcjonowanie turbogeneratora w warunkach spadku jego obrotów przy wyłączaniu reaktora. Niestety doświadczenie to było źle zaprojektowane oraz pracownicy byli zupełnie do tego nieprzygotowani. Po wybuchu setki kilogramów radioaktywnego pyłu pokryły całą Europę oraz setki tysięcy osób poniosły śmierć na wskutek (najczęściej) chorób popromiennych. Konsekwencje tego zdarzenia trwają do dnia dzisiejszego.
Zastosowanie dla broni procesu rozczepiania jądra uranu w reaktorze jądrowym znaleziono w broni jądrowej. Tylko tu te rozczepianie jest niekontrolowane, zaś w elektrowniach atomowych kontrolowane. Bomba A została zrzucona na Hiroszimę (h-8:15; 06.07.1945r.)-Little Boy i Nagasaki (h-11:02; 11.07.1945r.)-Fat Man. Czterotonowa bomba uranowa zrzucona na Hiroszimę miała ok. 20kT (równowartość 20 tys. ton trotylu) czyli 44 wagonów wypełnionych trotylem. Najgroźniejsze okazały się skażenia-pył promieniotwórczy, który zabił wiele osób (na japońskiej wyspie Marshalla przetrwało zaledwie 200 osób, która znajdowała się 200 km od centrum wybuchu). Występuje także bomba wodorowa, tzw. Bomba H, która jest prawie tysiąc razy potężniejsza od bomby atomowej z Hiroszimy. Pierwszej próby dokonali Amerykanie w 1952r. na jednej z wysp atolu Eniwetok. Następna broń masowej zagłady to bomba neutronowa, która potrafi zabić wszystkie żywe osoby w promieniu wybuchu bez naruszania budynków. Nie eksploduje niszcząc wszystko co napotka na swojej drodze, tylko wyzwala bardzo dużą ilość promieniowania neutronowego, które przechodzi przez dosłownie wszystko i niszczy strukturę komórek organizmów. Tak więc nawet gruby pancerz czołgu nie ochroni nas przed promieniowaniem neutronowym. Rosjanie opracowali tzw. Czerwoną rtęć. Materiał ten ma podobno 300 razy większą moc od klasycznych materiałów wybuchowych. Można ją łączyć z bombami neutronowymi w wyniku czego powstaną ładunki o podobnym rażeniu tej bomby wielkości piłki futbolowej.
Kursk to rosyjski atomowy okręt podwodny projektu 949, który został wyprodukowany w 1994r., a zatonął 12.08.2000r. Był przeznaczony do zwalczania jednostek nadwodnych i przenoszenia pocisków rakietowych dalekiego zasięgu. W 2000r. załoga wyruszyła na ćwiczenia na Morzu Barentsa, gdzie mieli odpalić dwie torpedy ćwiczebne jedna z nich do zasilania napędu wykorzystywała nadtlenek wodoru i naftę. Prawdopodobnie to wyciek nadtlenku wodoru spowodował eksplozję o sile 100 kg trotylu (7:28), która wywołała wstrząs o sile 1,5 stopnia w skali Richtera. Siła uderzenia doszła i zatrzymała się na przedziale reaktorów atomowych. Okręt osiadł na dnie na głębokości 108 metrów. Akcja ratunkowa odbywała się kilka dni. Pierwszego dnia Rosjanie próbowali wyciągnąć wrak statku lecz bezskutecznie. Dali po pewnym czasie dopiero dojść do wraku Norwegom. Udało im się. Przecięli statek na pół. Pierwszą część wydobyli Holendrzy, a druga pozostała na dnie. Wydobytą część Brytyjczycy przetransportowali do rosyjskiej stoczni w Rosiakowie. Niestety druga część z reaktorem pozostała na dnie morza i niewiadomo kiedy rdzeń się stopi pociągając za sobą wybuch.
Tak więc promieniotwórczość pierwiastków chemicznych znalazła wiele właściwych, wręcz bardzo dobrych zastosowań w technologii, np. w medycynie ratując życie wielu osobom chorym na nieuleczalne choroby. Lecz niesie za sobą także zniszczenie i śmierć w broniach masowej zagłady, które są wstanie zniszczyć ludzkość i naszą planetę, Ziemię. Także nasze życia i dalszy los zależą od wielkich, nienasyconych mocarstw, które tworzą coraz to śmiercionośne bronie.
Hubert Szulc
Kl. II G
Referat.
Chemia.