Fizyka:Zastosowanie promieniowania

Kiedyś…

Początkiem zastosowań promieniowania jonizującego było odkrycie przez niemieckiego uczonego Wilhelm C. Roentgena promieniowania X (rentgenowskiego) w 1895r. Badania jego właściwości wykazały, że jest ono osłabiane przez każdy ośrodek, przez który przechodzi, co może zostać wykorzystane do obrazowania różnych struktur w tym także ciała człowieka.

Kolejnymi ważnymi krokami w rozwoju zastosowań promieniowania jonizującego były m.in. odkrycie promieniotwórczości naturalnej przez Henri Becquerela w 1896r., opracowanie błon radiograficznych w 1914r., pierwsze określenie dawki tolerancyjnej dla organizmu człowieka przez Mutschellera w 1924r., opracowanie licznika Geigera-Müllera w 1926r.

Na przełomie XIX i XX w. promieniowanie jonizujące zaczęło być szeroko stosowane do obrazowania struktur ciała człowieka, nie tylko w celach medycznych. Do lat 50-tych XX w. wielką popularnością w Stanach Zjednoczonych cieszyły się aparaty rentgenowskie instalowane w sklepach obuwniczych. Pozwalały one klientom przyjrzeć się jak układa się stopa w przymierzanym bucie.

W celach leczniczych stosowano np. wodę radową, eliksir „Radiathor” zawierający promieniotwórcze izotopy radu o aktywności 80 kBq w 30 ml objętości. Substancje promieniotwórcze dodawano do pasty do zębów, papierosów, farb wykorzystywanych do malowania wskazówek zegarków i kart do gry, a także do drinków.

Promieniowanie było stosowane również jako czynnik poprawiający urodę.

Tak szerokie i niekiedy zaskakujące dla współczesnego człowieka zastosowanie substancji promieniotwórczych było spowodowane nieznajomością szkodliwego działania promieniowania na organizm człowieka. Dopiero odkrycie „ciemnej strony” promieniowania jonizującego doprowadziło do pewnych ograniczeń dotyczących jego zastosowań i wprowadzenia działań mających na celu ochronę osób narażonych.

Dziś…

W czasach współczesnych techniki jądrowe, które wykorzystują promieniowanie jonizujące, znajdują zastosowanie w większości dziedzin, jakimi zajmuje się człowiek — medycynie, nauce, przemyśle, rolnictwie…

W medycynie stosuje się je podczas procedur diagnostycznych i terapeutycznych. Procedury diagnostyczne to przede wszystkim obrazowanie struktur ciała człowieka. Najpopularniejszą techniką obrazowania jest wciąż najstarsza technika, opracowana jeszcze przez Roentgena, w której promieniowanie rentgenowskie wytworzone w lampie rentgenowskiej przenika przez ciało człowieka, gdzie jest częściowo absorbowane, a następnie jest rejestrowane za pomocą detektora promieniowania w formie dwuwymiarowego obrazu. Stopień absorpcji promieniowania jest wprost proporcjonalny do gęstości masowej ośrodka.

W diagnostyce obrazowej stosuje się również tzw. specjalne techniki rentgenowskie, dedykowane do konkretnych przypadków. Należą do nich:

• mammografia — obrazowanie gruczołu piersiowego, który jest budowany wyłącznie z tkanki miękkiej i stosowana technika musi umożliwiać rozróżnienie na obrazie tkanek o zbliżonej gęstości masowej,
• tomografia komputerowa — otrzymywanie obrazów przekrojów ciała człowieka, obraz jest rekonstruowany za pomocą technik obliczeniowych,
• fluoroskopia — bezpośrednia obserwacja struktury ciała, stosowana głównie dla celów radiografii interwencyjnej.

W medycynie wykorzystuje się również metody diagnostyczne, w których wykorzystuje się inne rodzaje promieniowania jonizującego. Należą do nich scyntygrafia i pozytronowa tomografia emisyjna (PET).

Promieniowanie jonizujące znajduje zastosowanie również w technikach terapeutycznych. Wiązki promieniowania gamma lub elektronów wykorzystuje się do napromieniania zmian nowotworowych w technice zwanej teleterapią. Jako źródeł promieniowania używa się izotopu ⁶⁰Co (promieniowanie gamma) lub liniowych akceleratorów cząstek (elektrony lub promieniowanie X). W technice zwanej brachyterapią lub terapią aplika torową zmianę nowotworową napromienia się poprzez umieszczenie źródła promieniowania w obrębie tej zmiany.

W zastosowaniach przemysłowych promieniowanie jonizujące wykorzystuje się w następujących technikach i urządzeniach:

• mierniki izotopowe, mierniki grubości, gęstości, poziomu, wagi izotopowe, w których do określenia właściwości napromienianego materiału wykorzystuje się absorpcję lub rozproszenie promieniowania w badanym materiale,
• urządzenia do profilowania odwiertów geologicznych,
• radiografy przemysłowe stosowane do badań nieniszczących, polegających na prześwietleniu materiału badanego i utrwaleniu jego obrazu, stosowane przede wszystkim do badania spawów przy budowie rurociągów , w przemyśle stoczniowym, itp.,
• urządzenia radiacyjne, wykorzystujące bezpośrednie oddziaływanie promieniowania na materiały poddane napromienieniu, stosowane do utrwalania żywności, zapobiegania kiełkowaniu nasion i ziemniaków, niszczenia owadów zbożowych, dezynfekcji radiacyjna, radiosterylizacji w przemyśle farmaceutycznym,
• metoda atomów znaczonych, polegająca na oznakowaniu badanego przedmiotu, medium lub materiału przy pomocy izotopu promieniotwórczego, który w czasie badanego procesu zachowuje się w ten sam sposób jak podmiot badania, metoda jest stosowana podczas badania rzek i zbiorników wodnych, wód gruntowych i powierzchniowych, procesów metalurgicznych, zużycia narzędzi i części maszyn, szczelności rurociągów, zużycia wymurówki w wielkich piecach.
• urządzenia jonizacyjne, wykorzystujące zdolność promieniowania do jonizacji gazów, stosowane jako czujki dymu, eliminatory ładunków elektrostatycznych.

Ważną i rozległą dziedziną, której podstawą jest wykorzystanie reakcji jądrowych jest energetyka jądrowa i związany z nią przemysł, który obejmuj cały tzw. cykl paliwowy. Obejmuje on wydobycie uranu naturalnego, jego konwersję i wzbogacanie, produkcję paliwa jądrowego, wykorzystanie energii jądrowej, przetwarzanie i składowanie odpadów jądrowych.

We wszystkich wymienionych dziedzinach konieczne jest wdrożenie i przestrzeganie zasad ochrony radiologicznej.

Więcej wiadomości znajdziesz w:

1. J.Art, Zastosowanie izotopów promieniotwórczych
2. Andrzej A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość
3. Bohdan Dziunikowski, Zastosowanie izotopów promieniotwórczych
4. Inżynieria biomedyczna