Promieniowanie, proces przenoszenia energii przez fale (elektromagnetyczne – promieniowanie elektromagnetyczne, np. światło, sprężyste – np. dźwięk) lub – promieniowanie, cząstki – promieniowanie strumień cząstek (np. cząstki ); również sam akt emisji tego promieniowania (np. promieniowanie światła); ) lub korpuskularne promieniowanie jądrowe, promieniowanie elektromagnetyczne ( , neutronowe, protonowe) emitowane przez jądra atomowe, (promieniowanie podczas ich rozpadu promieniotwórczego; promieniowanie jonizujące, promieniowanie wywołujące jonizację atomów i cząsteczek ośrodka, przez który przenika (krótkofalowe promieniowanie nadfioletowe, promieniowanie rentgenowskie, promieniowanie jądrowe); szkodliwe dla zdrowia. (def. wg Encyklopedii Multimedialnej PWN)
Źródła promieniowania jonizującego: Promieniowanie naturalne
Ludzkość – od początku swego istnienia – narażona była na działanie promieniowania ze źródeł naturalnych. Promieniowanie naturalne jest to promieniowanie, które normalnie i stale istnieje na Ziemi i jest niezależne od działalności człowieka. Pochodzi głównie z dwóch źródeł: z przestrzeni kosmicznej oraz ze źródeł ziemskich, którymi są naturalne pierwiastki promieniotwórcze. Wielkość naturalnego napromieniowania w większości okolic na Ziemi wynosi od kilkudziesięciu do stu kilkudziesięciu milimetrów na rok, co odpowiada wartości około 3 remów na jedno pokolenie ludzkie i około 7 remów w ciągu średniego życia ludzkiego. Poziom naturalnego promieniowania zależy od szerokości geograficznej, składu podłoża, wysokości nad poziomem morza i szeregu innych czynników.
Sztuczne źródła promieniowania jonizującego: Oprócz źródeł naturalnych występujących w przyrodzie na coraz większą skalę stosowane są w różnych dziedzinach przemysłu i medycyny sztuczne źródła promieniowania, które można sklasyfikować jako:
1. Aparaturę rentgenowską lub inną, lecz wytwarzającą promieniowanie jonizujące na podobnej zasadzie. W aparaturze tego typu promieniowanie rentgenowskie jest wytwarzane przez hamowanie na metalowych elektrodach lub szklanych ekranach strumienia elektronów rozpędzanych uprzednio w silnym polu elektrycznym, zazwyczaj w odpowiedniej komorze próżniowej. Aparatura tego typu to przede wszystkim lampy rentgenowskie, a także kineskopy telewizyjne, prostowniki próżniowe, betatrony, akceleratory itp.
2. Izotopy promieniotwórcze. Izotopami nazywane są atomy pierwiastków, które mają tę samą liczbę protonów w jądrze atomu, a różną liczbę neutronów. Izotopy tego samego pierwiastka mają te same właściwości chemiczne, różnią się jedynie masą atomową. Izotopy promieniotwórcze charakteryzują się również właściwością wysyłania promieniowania
Rodzaje promieniowania jonizującego
Promieniowanie
Jest to strumień cząstek złożonych z 2 neutronów i 2 protonów (jądra helu) wysyłanych w następstwie przemian zachodzących w , to z jego jądra ubywają 4 nukleony.jądrze. Jeżeli atom emituje cząstkę wynosi od 3 do 10 MeV w zależności od rodzaju Energia kinetyczna cząstek traci swą energię głównie wskutek nuklidu promieniotwórczego. Cząstka zależy odjonizacji atomów ośrodka przenikanego. Zasięg promieniowania energii cząstek oraz od rodzaju ośrodka. Wynosi on od kilku do kilkunastu mg/cm². Promieniowanie (elektronówJest to strumień cząstek dodatnich lub ujemnych) emitowanych przez jądra atomów promieniotwórczych. minus występuje przy przemianie neutronu w proton. PrzemianieEmisja cząstki tej towarzyszy emisja antyneutrino. Pierwiastek pochodny ma więc tę samą liczbę plus występuje przymasową A, a liczbę atomową Z większą o 1. Emisja cząstki przemianie protonu w neutron z emisją neutrino. Pierwiastek pochodny ma wtedy tę samą liczbę masową A, natomiast liczbę atomową Z mniejszą o 1. Cząstki przenikając materię tracą swą energię kinetyczną wskutek jonizacji lub wzbudzania atomów przenikanego ośrodka oraz w wyniku hamowania w polach elektrostatycznych jąder.
Promieniowanie
Jest to promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez jądra wzbudzonych atomów promieniotwórczych. wynosi do cm. W przeciwieństwie do Długość fali promieniowania promieniowania cząstkowego, zasięg promieniowania elektromagnetycznego jest przenikając ośrodek materialny tracą swą energię w duży. Kwanty promieniowania wyniku zjawiska fotoelektrycznego, zjawiska Comptona, zjawiska tworzenia par, a dla dużych energii wskutek występowania reakcji jądrowych.
Promieniowanie jest blacha zatrzymuje nawet cienka kartka papieru, przeszkodą dla promieni stanowi dopiero gruba płyta aluminiowa, natomiast zaporę dla promieni ołowiana.
Promieniowanie rentgenowskie (X)
Jest również strumieniem kwantów promieniowania elektromagnetycznego, powstającym w wyniku oddziaływania (hamowania) strumienia elektronów z jądrami atomów materii. Promieniowanie rentgenowskie jest niewidzialne dla oka, przebiega prostolinijnie, ma wybitną zdolność przenikania ciał, wywołuje fluorescencję pewnych substancji, redukuje chemicznie związki srebra, jonizuje gazy i wywiera działanie niszczące na tkankę żywą.
Promieniowanie neutronowe (N)
Jest strumieniem neutronów powstających w wyniku procesu tzw. rozszczepienia jąder atomowych ciężkich pierwiastków, np. uranu i pierwiastków transuranowych. Ładunek neutronu równy jest zero, a masa wynosi g.
Poza wymienionymi wyżej rodzajami promieniowania istnieją jeszcze inne rodzaje promieniowania, takie jak np. protony lub tzw. fragmenty rozszczepienia jąder atomowych. Mogą one powstawać w wyniku skomplikowanych reakcji jądrowych i bardzo rzadko stanowią źródło realnego zagrożenia radiacyjnego.
Energia wszelkich, X, neutronowego i protonowego); po wchłonięciu rodzajów promieniowania (przez ustrój jego układy biologiczne ulega rozproszeniu w zjawiskach pierwotnych, którymi są głównie: jonizacja i wzbudzenie. Zjawiska te trwają niezmiernie krótko (ułamki sekund), po czym powodują wystąpienie reakcji biologicznej. Są to już zjawiska wtórne, określane jako zespoły popromienne albo choroba popromienna. Jonizacja wyzwala wolne jony związków chemicznych (tj. o ładunkach elektrycznych) w strukturach komórkowych, a wzbudzenie polega na zwiększeniu reaktywności atomów wchodzących w skład komórek, wobec innych atomów, niepobudzonych, do których nie dotarło promieniowanie.
Wrażliwość i odpowiedź reaktywna na promieniowanie jest bardzo różna, indywidualna i zależy od wieku (bardzo wrażliwe są dzieci, a zwłaszcza płód), płci i ogólnego stanu zdrowia oraz od czynników zewnętrznych współdziałających (np. temperatura, zmęczenie, niedożywienie, pod– i nadciśnienie atmosferyczne itp.). Skutki napromieniowania przejawiają się albo natychmiast – np. w postaci reakcji oparzenia, rzadziej II stopnia (rumień i pęcherze), wyjątkowo III stopnia (martwica) – albo po pewnym okresie utajenia, jako niedokrwistość i osłabienie. Okres ten może rozciągać się nawet na dziesiątki lat, np. zanim ujawni się działanie rakotwórcze napromieniowania. Do późnych reakcji zalicza się również uszkodzenie gonad (jąder i jajników). Następstwem tego są uszkodzenia genetyczne, tj. nieprawidłowy rozwój płodów i wady wrodzone potomstwa. Różne narządy wykazują różną wrażliwość na napromienianie. W związku z tym, w każdym napromienianiu, zależnie od jego rodzaju, dawki i izotopu, (np. żelazo, fosfor, stront, jod i inne) rozróżnia się specyficzne w danym przypadku narządy krytyczne dla danego izotopu promieniotwórczego (np. tarczyca dla jodu, kości dla strontu itp.). Ustrój wydala wchłonięte izotopy promieniotwórcze zwykłymi drogami, np. z powietrzem wydechowym, z kałem i moczem, ze śliną, mlekiem, potem i łzami. Wchłonięte izotopy ulegają w ustroju w dalszym ciągu samoistnemu rozpadowi, właściwemu dla każdego z nich. Czas trwania rozpadu, aż do zmniejszenia się danej dawki o połowę, jest cechą specyficzną danego izotopu i określa się jako “czas połowicznego zaniku”. Dla różnych izotopów wynosi on od ułamka sekundy to tysięcy lat (np. dla izotopu węgla ponad 4000 lat). W wyniku tego rozpadu każdy wchłonięty izotop wykazuje specyficzny dla siebie tzw. “okres biologicznego półtrwania”, tzn. redukcji o połowę dawki pierwotnie wchłoniętej. Okres ten może być bardzo krótki (sekundy lub ich ułamki, minuty) lub dłuższy (dni, miesiące i lata). W następstwie każdy izotop ma specyficzny dla niego tzw. “półokres efektywny biologicznej radioaktywności”, znacznie krótszy niż “czas połowicznego zaniku”, np. dla izotopu węgla wynosi on kilkaset dni. Zjawiska te warunkują objawy i ich ciężkość w chorobowym zespole popromiennym. Najbardziej radiotoksyczne są: pluton, rad i izotop strontu. Działanie ich po wchłonięciu ich, rozciąga się na wiele lat, a nawet na całe życie.
Zespół objawów występujących po napromieniowaniu nazywamy chorobą popromienną. Obraz kliniczny zależy od wielkości dawki promieniowania jonizyjącego. Przy średniej dawce śmiertelnej 400 do 600 remów na całe ciało (ekspozycja taka może mieć miejsce po wybuchach broni jądrowej oraz przy nieszczęśliwych wypadkach w reaktorach atomowych) po kilkudniowym okresie bezobjawowym rozwija się pełny kliniczny obraz choroby popromiennej: niewydolność układu krwiotwórczego i limfoidalnego oraz skaza krwotoczna, zmiany w obrębie przewodu pokarmowego spodowane uszkodzeniem nabłonka jelitowego, zaburzenia równowagi wodnoelektrolitowej, zaburzenia układu nerwowego, uszkodzenie komórek układu siateczkowośródbłonkowego oraz komórek plazmatycznych, a w następstwie zahamowanie mechanizmów odpornościowych. Najgorzej rokującymi objawami są występujące wcześniej wymioty, podwyższenie ciepłoty ciała i biegunki; jest to tzw. triada objawów szybkiej śmierci popromiennej. W chorobie popromiennej po niższych dawkach od minimalnej dawki śmiertelnej występują tylko niektóre z wymienionych objawów. W wyniku przewlekłego, długotrwałego napromieniowania całego ciała również może rozwinąć się choroba popromienna, niekiedy nawet w postaci ostrych schorzeń układu krwiotwórczego (niedokrwistość aplastyczna, leukopenia, agranulocytoza, skaza krwotoczna). Pod wpływem przewlekłego napromieniowania zwiększa się częstość występowania białaczek. W wyniku napromieniowania mogą też wystąpić zmiany późne (po kilku lub kilkunastu latach)jako zaburzenia wzroku i rozwoju, białaczki, nowotwory złośliwe, bezpłodność, zaćma, skrócenie życia.
Bezpieczne dawki promieniowania jonizującego mają natomiast zastosowanie w medycynie. Przykładem może być rentgenodiagnostyka – dział radiologii; wyodrębniona specjalność zajmująca się zastosowaniem promieni rentgenowskich do badań diagnostycznych w medycynie. Podstawowymi metodami pracy jest rentgenografia i prześwietlenie.
Rentgenografia polega na wykonywaniu zdjęć za pomocą promieni rentgenowskich na specjalnym filmie pokrytym obustronnie światłoczułą emulsją. Film znajduje się wewnątrz światłoszczelnej kasety rentgenowskiej między dwiema foliami wzmacniającymi. Po wykonaniu zdjęcia film podlega obróbce chemicznej w ciemni rentgenowskiej.
Prześwietlenie to druga podstawowa metoda badania radiologicznego. Polega na oglądaniu i interpretacji obrazu badanego obiektu na ekranie rentgenowskim lub we wzmacniaczu elektronowym obrazu rentgenowskiego.
Promieniowanie rentgenowskie jest bardzo przenikliwe i umożliwia badanie organizmu ludzkiego bez użycia skalpela.
W medycynie stosuje się także promieniolecznictwo tzw. radioterapię tj. leczenie promieniowaniem jonizującym w onkologii, polegające na wykorzystaniu promienioczułości poszczególnych tkanek i nowotworów. Dawka lecznicza ma na celu uszkodzenie nowotworu i zahamowanie zdolności rozmnażania komórek bez poważnego uszkodzenia tkanek zdrowych.
Sztucznie otrzymywany izotop kobaltu, kobalt 60, emituje o wysokiej energii. Jest ono wykorzystywane do napromieniania promieniowanie komórek nowotworowych. Urządzenie stosowane do tego celu, umożliwiające precyzyjne naświetlaniem, nazywa się bombą kobaltową.
Źródłem promieniowania są:
1. Urządzenia do wytwarzania promieni X – aparaty rentgenowskie (tzw. terapia konwencjonalna), urządzenia do terapii megawoltowej (generator Van De Graaffa, przyspieszacz liniowy, betatron).
2. Naturalne pierwiastki promieniotwórcze (rad i radon).
3. Izotopy promieniotwórcze (głównie cez 137, kobalt 60, także złoto 98, tantal 182, jod 131, fosfor 32, itr 90)
Powszechnie stosowane w medycynie jest światłolecznictwo dział fizykoterapii, w którym stosuje się promieniowanie podczerwone, promieniowanie widzialne oraz promieniowanie nadfioletowe do celów leczniczych.
Promieniowanie podczerwone
Promieniowanie podczerwone, cieplne to niewidzialne promieniowanie elektromagnetyczne, mieszczące się w widmie między czerwienią a mikrofalami. W lecznictwie znajduje zwykle zastosowanie promieniowanie podczerwone o długości fali 770 do 15000 nm. Urządzeniami leczniczymi emitującymi w/w promieniowanie są promienniki, w których źródłem promieniowania jest spirala z drutu oporowego, nagrzewająca się w czasie przepływu prądu oraz lampy lecznicze wyposażone w żarówki emitujące promieniowanie podczerwone i widzialne, jak np. lampa Sollux.
Biologiczne działanie promieniowania podczerwonego polega wpływie cieplnym; powoduje ono m.in. rozszerzenie naczyń krwionośnych skóry, naczyń głębiej położonych, zmniejszenie bólu i napięcia mięśni. Promieniowanie podczerwone jest wskazane w leczeniu przewlekłych zapaleń stawów, nerwobólów, zespołów bólowych, a także w stanach po przebytym zapaleniu skóry i tkanek miękkich pochodzenia bakteryjnego.
Promieniowanie nadfioletowe
Promieniowanie nadfioletowe, ultrafioletowe to niewidzialne promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 400 do 10 nm,( w widmie tego promieniowania jest umiejscowione miedzy światłem widzialnym i promieniowaniem rentgenowskim. Obfitym źródłem promieniowania nadfioletowego jest Słońce, ale do powierzchni Ziemi dociera tylko część tego promieniowania , gdyż promienie o długości fali mniejszej od 280 nm są całkowicie pochłaniane przez atmosferę.
W warunkach laboratoryjnych i w celach leczniczych do wytwarzania promieniowania nadfioletowego stosuje się lampy kwarcowe oraz łukowe lampy węglowe.
Promieniowanie nadfioletowe wywołuje fluorescencję (np. ekranu powleczonego olejem maszynowym lub naftą), wzbudza w wielu substancjach silną fotoluminescencję, powoduje zaczerwienienie fotograficznych materiałów światłoczułych i te własności pozwalają na jego wykrywanie.
Promieniowanie nadfioletowe odznacza się dużą aktywnością biologiczną: zabija bakterie i drobnoustroje, wpływa na przemianę ergosterolu w witaminę D , dzięki czemu jest stosowane w leczeniu krzywicy, wyzwala produkcję pigmentu.
W lecznictwie stosuje się naświetlania promieniowaniem nadfioletowym ogólne lub miejscowe. Wskazania obejmują, oprócz krzywicy, chorobę zwyrodnieniową stawów, gościec tkanek miękkich, nerwobóle, trądzik pospolity, stany zapalne skóry i tkanki podskórnej, łysienie plackowate, łuszczycę oraz stany rekonwalescencji.
Dla ochrony przed szkodliwym działaniem promieniowania nadfioletowego stosuje się odpowiednie środki zapobiegawcze. Robotnicy w przemyśle narażeni na promieniowanie nadfioletowe powinni nosić ochronne okulary, stosować kremy ochronne, a jeśli jest ono bardzo intensywne, także odpowiednie ubrania ochronne. Albinosi powinni być wykluczeni z tego rodzaju pracy, gdyż ochrony ogólnie stosowane są nieskuteczne. Najwyższe, dopuszczalne natężenie promieniowania nadfioletowego wynosi 0,5 mikrowata na cm² powierzchni ciała w ciągu 24 godzin.
W światłolecznictwie wykorzystuje się również promieniowanie słoneczne, czyli tzw. helioterapię.
Helioterapia, inaczej kąpiele słoneczne rozsądnie dozowane są pożyteczną metodą leczniczą. Pod wpływem bodźca, jakim jest promieniowanie nadfioletowe, tworzy się w skórze ciemny barwnik (pigment), nadający jej brązowe zabarwienie. Zbyt intensywne opalanie się, zwłaszcza nad morzem i w górach, gdzie światło słoneczne zawiera najwięcej promieni nadfioletowych, może wywołać oparzenia oraz uszkodzenia oczu, które należy chronić ciemnymi okularami ze względu na szczególną wrażliwość spojówek.
Promieniowanie mikrofalowe
Promieniowanie mikrofalowe, inaczej mikrofale jest to promieniowanie elektromagnetyczne wysokiej częstotliwości, o zakresie długości fal od 1 mm do 1 m i częstotliwości 0,2 – 300000 MHz.
Źródłem są nadajniki radiowe, telewizyjne, radarowe oraz niektóre urządzenia przemysłowe (zgrzewarki, piece indukcyjne i elektryczne). Działanie mikrofali na żywe organizmy nie jest jeszcze w pełni poznane. Wiadomo jednak, że u człowieka wywołują one szereg objawów podmiotowych, jak ogólne osłabienie, bezsenność, bóle głowy, pobudzenie nerwowe, duszność, obniżenie potencji płciowej oraz objawy przedmiotowe związane z tzw. efektem termicznym (przegrzanie tkanek promieniowaniem). Zespół wymienionych zaburzeń określa się jako chorobę mikrofalową. Należą tu zaćma oraz uszkodzenia niektórych części układu nerwowego. Nie jest udowodnione, czy mikrofale wywierają jakieś skutki natury genetycznej.
Zapobieganie biologicznym skutkom ujemnego działania mikrofali polega na dokładnym przestrzeganiu przepisów BHP, przepisów technologicznych dotyczących konstrukcji i instalacji emitorów promieniowania. Wszyscy pracownicy zatrudnieni w zasięgu mikrofali podlegają okresowym badaniom lekarskim.
Promieniowanie kosmiczne
Jest to promieniowanie docierające do Ziemi z przestrzeni kosmicznej, odkryte w 1911 – 1913 r. przez V. Hessa i W. Kohlhrstera. Promieniowanie kosmiczne pierwotne składa się z protonów, cząstek oraz jąder atomowych (głównie wodoru i helu) i dociera do granic atmosfery Ziemskiej. Cząstki tego promieniowania w zderzeniach z jądrami atomów azotu i tlenu powietrza powodują jego jonizację i wytwarzają promieniowanie kosmiczne wtórne. Pochodzenie promieniowania kosmicznego nie zostało ostatecznie wyjaśnione, wyjaśniono jednak wiele problemów dotyczących jego roli. Stwierdzono, że poza atmosferą znaczną siłę ochronną przed promieniowaniem kosmicznym stwarza pole magnetyczne Ziemi, ustalono pola wzmożonej radiacji (np. pierścień Van Allena) i wykreślono drogi bezpiecznego oddalania się pojazdów kosmicznych od Ziemi. Ustalono, że specjalnej ochrony przed tym promieniowaniem wymaga narząd wzroku. Odczyny biologiczne wywołane promieniowaniem są wielostronne i niedostatecznie jeszcze poznane. Niemniej jednak są uwzględniane przy konstruowaniu osłon i ubiorów ochronnych oraz wytyczaniu dróg opuszczania Ziemi.