Promieniowanie alfa
Przy rozpadzie alfa duże jądra atomowe wyrzucają z siebie mniejsze jądra atomowe – a mianowicie jądra pierwiastka helu: te tak zwane cząstki alfa składają się z dwóch dodatnio naładowanych protonów i dwóch obojętnych neutronów. Przykładem izotopu emitującego promieniowanie alfa jest rad-226. Produktem jego promieniotwórczego rozpadu jest izotop innego pierwiastka radon-222.
Cząstki alfa, emitowane w rozpadach typowych naturalnych izotopów promieniotwórczych, mają całkiem dużą prędkość początkową: od 15000 do 20000 kilometrów na sekundę! Ale równocześnie promieniowanie to ma mały zasięg i można się przed nim osłonić za pomocą kartki papieru czy cienkiej folii aluminiowej.
Wdychanie powietrza z pewną domieszką gazu – radonu (lub zapylonego glebą) – oznacza, że jest szansa na wprowadzenie do oskrzeli i płuc pewnej ilości (naturalnych) substancji promieniotwórczych. Co się z nimi dzieje w naszych płucach?
Istnieje określone prawdopodobieństwo, że gazowy radon ulegnie rozpadowi promieniotwórczemu w naszych pęcherzykach płucnych – wtedy zarówno cząstka alfa z tego rozpadu jak i powstały jon polonu trafią do ludzkiej tkanki. Taka sytuacja powtarza się przy wszystkich następnych rozpadach w szeregu radon-ołów, oraz przy wszystkich rozpadach naturalnych materiałów alfa-promieniotwórczych, które wprowadziliśmy – oddychając – do płuc czy oskrzeli.
Wniosek – obecność radonu, dymu i kurzu w płucach oznacza obecność emiterów cząstek alfa – a więc oddziaływanie na tkankę płuc krótkozasięgowych, silnie jonizujących „pocisków”. Stąd podejrzenie o możliwym złym wpływie na zdrowie połączonych działań tych trzech czynników – dotyczy to zwłaszcza palaczy tytoniu.
Równocześnie promieniowanie alfa jest jednak pożyteczne – w codziennym życiu słabe emitery alfa są na przykład wykorzystywane w „czujkach” dymu.
Rad-226 – emiter promieniowania alfa
Rad-226 jest izotopem emitującym promieniowanie alfa: przy jego rozpadzie jądra emitowane jest jądro helu, pozostałość to jądro izotopu radonu-222.
Równanie reakcji wygląda następująco:
226 i 88 obok radu oznaczają, że rad ma liczbę masową 226 i liczbę atomową 88 – a więc 226 nukleonów, z których 88 to dodatnio naładowane protony. Reszta, a zatem 226 – 88 = 138, to nukleony bez ładunku elektrycznego – neutrony. Liczba atomowa określa pierwiastek, a liczba masowa określa, o który izotop danego pierwiastka chodzi.
Przy rozpadzie alfa emitowane jest jądro helu złożone z czterech nukleonów: dwóch protonów i dwóch neutronów. Ponieważ sumy liczby masowej i liczby atomowej po obu stronach równania muszą być takie same, nowa cząstka posiada liczbę masową 226 – 4 = 222. Liczba atomowa wynosi 88 – 2 = 86. Powstał więc radon-222.
Czy promieniowanie alfa wywołuje raka płuc?
Osoba paląca napromieniowuje się od wewnątrz: dym z papierosa może zawierać substancje emitujące promieniowanie alfa. Występujący w naturze radioaktywny polon-210, będący jednym z ogniw łańcucha rozpadów uranu-238, osadza się na włoskach liści tytoniu i podczas palenia przedostaje się do płuc. Drugim alfa-promieniotwórczym pierwiastkiem, występującym naturalnie i pochodzącym ze źródeł sztucznych, jest radon – gaz szlachetny, który jest wdychany wraz z powietrzem. Z powodu małego zasięgu promieniowania alfa cała energia jest wchłaniana przez tkankę płuc – w oskrzelach palacza ilość tej substancji jest od trzech do czterech razy większa. Promieniowanie alfa dostające się do płuc jest czynnikiem kancerogennym.
Wykrywacz, czyli „czujka” dymu
Niektóre wykrywacze dymu zawierają emitery alfa. Czy ostrzeganie przed pożarem może mieć cokolwiek wspólnego z rozpadem promieniotwórczym? Tak, gdy weźmie się pod uwagę pewne typowe własności promieniowania alfa. Wykrywacze dymu bazujące na promieniowaniu alfa składają się ze słabego źródła promieniotwórczego izotopu ameryku-241 i detektora. Cale urządzenie jest zamknięte w obudowie z tworzywa sztucznego, która całkowicie osłania otoczenie przed promieniowaniem.
Jeżeli drobiny dymu przenikną pomiędzy źródło i detektor, wówczas częściowo osłonią detektor przed promieniowaniem – detektor zarejestruje mniejszą ilość promieniowania i uruchamia alarm. Mała ilość ameryku – typowa dla tego typu urządzeń – jest uważana za nieszkodliwą. Pomimo tego nowoczesne wykrywacze funkcjonują przy wykorzystaniu promieni światła diody LED zamiast radioaktywnego źródła promieniowania, a zmiana natężenia światła mierzona jest fotokomórką.
