Jonizacja w broni jądrowej: Działanie i skutki
- Szczegóły
Technika jądrowa w ostatnich latach rozwija się bardzo dynamicznie. Już obecnie technika jądrowa znajduje wiele zastosowań, między innymi w zakładach energetycznych, rakietach kosmicznych czy tańszej żegludze. Kilka państw oficjalnie posiada broń atomową.
Promieniowanie i jonizacja
Promieniowanie a charakteryzuje się najmniejszym zasięgiem, który w powietrzu wynosi zaledwie kilka centymetrów. Promieniowanie tego typu jest zatrzymywane zaledwie przez kartkę papieru. Promieniowanie b potrafi przeniknąć przez cienką kartkę papieru, ale trochę grubsza warstwa materiału, jak milimetrowej grubości blacha aluminiowa skutecznie blokuje to promieniowanie. Promieniowanie g posiada największy zasięg, potrafi przeniknąć przez blachy aluminiowe, zatrzymuje je dopiero gruba warstwa ołowiu.
W 1932 roku fizyk angielski John Chadwick odkrył neutron. Był to pierwszy zwiastun nadejścia ery energii jądrowej. Naukowcy odkryli kilka rodzajów promieniowania przenikliwego, zwanego teraz promieniowaniem a, b i g. Dowiedziono empirycznie, że każde z tych rodzajów promieniowania charakteryzuje odmienny zasięg, możliwość przenikania przez materię i oddziaływanie z pobliskimi polami elektrycznymi i magnetycznymi. Odmienne właściwości promieniowania typu a, boraz g naukowcy wyjaśnili dopiero gdy poznali ich pochodzenie i samą naturę promieniowania. Uczeni zrozumieli czym jest przemiana jądrowa i że w jej wyniku składy i stany energetyczne jąder zmieniają się, powodując emisję promieniowania jądrowego.
Rodzaje promieniowania
- Promieniowanie alfa (α): Składa się z dwu protonów i dwu neutronów.
- Promieniowanie beta (β): Dzielimy na dodatnie i ujemne.
- Promieniowanie gamma (γ): To ruch kwantów gamma.
- Promieniowanie neutronowe: Pomimo braku ładunku elektrycznego, oddziałuje z materią i powoduje jonizację.
Promieniowanie kosmiczne
Promieniowanie kosmiczne jest promieniowaniem docierającym z kosmosu, jesteśmy więc ciągle wystawieni na jego działanie. Promieniowanie to składa się w głównej mierze z protonów, jąder lekkich pierwiastków oraz cząstek a. Źródłem tego typu cząstek są najczęściej wybuchy gwiazd supernowych oraz nasze Słońce. Zwykle cząstki promieniowania kosmicznego zanim dotrą na Ziemię wędrują przez tysiące a nawet miliony lat w pustce kosmosu. Kiedy stykają się z ziemską atmosferą, dochodzi do powstania nowych cząstek, takich jak nukleony, które podróżują dalej reagując z kolejnymi atomami, na które składa się atmosfera. Promieniowanie kosmiczne zdecydowanie różni się od tego występującego u nas na Ziemi. Natężenie tego promieniowania zależy od wysokości.
Z kosmosu przybywają cząstki o różnych energiach. Raz pierwszy zaobserwowany w 1912 r. przez V. F. Hessa, który badał je za pomocą czułego elektroskopu, unoszonego w powietrznych balonem. Znacznie dalej posunął się w badaniach nad promieniowaniem kosmicznym W. Kolhörster, osiągając wysokość 9000 metrów. Fakt ten potwierdzają pomiary B. Wulfa w 1910 r., jak i wspomnianych uczonych wysoko nad poziomem morza, którzy zaobserwowali wzrost natężenia promieniowania jonizujących wraz ze wzrostem wysokości.
Przeczytaj także: Profesjonalna stylizacja włosów w domu
Źródła promieniowania
Przyroda to istna kopalnia związków zawierających radionuklidy, materiały budujące litosferę. Wielokrotnie sami odkrywcy pierwiastków promieniotwórczych dokonywali odkryć w minerałach ziem rzadkich, np. w cerytowej. Aktynowców. Promieniotwórczość występuje naturalnie w skorupie ziemskiej, co bynajmniej nie jest wyłącznie efektem działalności człowieka. Radionuklidy są absorbowany przez wszystkie organizmy. Wynikiem rozpadu izotopów używanych w przemyśle i innych działach gospodarki, np. do prześwietlania odlewów w celu sprawdzenia ich przydatności wyrobów odlewanych. Izotopy promieniotwórcze są używane w instytutach prowadzacych pomiary dozymetryczne, do kalibracji aparatury pomiarowej. Duże ilości substancji radioaktywnych zużywa przemysł energetyczny.
Skażenia i ich skutki
Jednorazowa emisja promieniowania towarzysząca tragicznemu zajściu, może wywoływały skażenia nie tylko okolicznych terenów. O przykłady nie trudno. Wystarczy wspomnieć o emisji wody radioaktywnej w 1979 r. w USA i w 1981 r.. Awaria w Czarnobylu w 1986 r. wywołała wzrost aktywności promieniotwórczej wody w akwenach, a także skażenie gleby, Prypeci koło Czarnobyla, gleby i powietrza.
Nie należy wreszcie zapominać o naszym najbliższym otoczeniu. W każdym domu znajduje się czujnik dymu, w którym znajduje się Am 241. Możemy korzystać z lampy gazowej, której jednym z komponentów jest tzw. koszulka Auera, zawierająca związki promieniotwórczego toru. W ich otoczeniu promieniowanie może być nawet kilka razy wyższe od standardowego promieniowania tła.
Ekspozycja na promieniowanie
Wszyscy jesteśmy potencjalnie narażeni na jego skutki. Istotny jest charakter ekspozycji na promieniowanie i jego rodzaj. Trudne będzie jednak obliczanie dokładnych wartości przyjętych dawek, ponieważ zależy to od wielu czynników i aktualnej sytuacji radiacyjnej. Niekiedy występują obydwa typy ekspozycji jednocześnie. Do pomiaru dawek promieniowania wykorzystuje się detektory promieniowania, na przykład liczniki Geigera-Muellera (GM).
Skutki somatyczne i genetyczne
Napromieniowanie może wyrządzić jedynie szkodę dla organizmu czy też dla populacji. Propagatorzy jednej z teorii uważają, że nie istnieje bezpieczna dawka promieniowania. Jednak wiele przeprowadzonych badań w zakresie radiobiologii wykazuje, że dawki promieniowania bliskie zera są wręcz niekorzystne, stymulując mechanizmy naprawcze i ewolucyjnych przystosowań.
Przeczytaj także: Wszystko o prostownicy z laserową jonizacją
Mogą one zachodzić także przy mniejszych wartościach napromienienia. Skutki genetyczne napromienienia będą zatem odczuwać następne pokolenia. Część izotopów promieniotwórczych może być pochłaniana przez organizm, w wyniku czego gromadzą się w jego narządach, powodując skażenia wewnętrznego. Skażenie wewnętrzne przyczynią się do drastycznego spadku jego zdrowotności i zaburzeń w biosfery.
Pyły, tzw. aerozole, osiadają na roślinach (m.in. trawach), zbiornikach wodnych, glebie. Następnie wchodzą w obiegi łańcuchów troficznych różnych ekosystemów. Są one przenoszone przez wiatr i wodę. Dobry kontakt z tkanką powodują m.in. nowotwory w sieci pokarmowej globalnego ekosystemu. Izotopy promieniotwórcze są zawartych w pożywieniu.
Dawka śmiertelna dla człowieka kształtuje się w granicach od trzech do czterech siwertów. Osoby, które stykają się zawodowo z promieniotwórczymi materiałami, nie mogą, pod groźbą utraty zdrowia, otrzymywać większej ilości promieniowania niż 5 remów na rok. Po otrzymaniu dawki śmiertelnej, bariera immunologiczna znacznie się obniża. Występująca później choroba popromienna charakteryzuje się tendencją do biegunek i nudności u chorej osoby. Powoduje to odwodnienie całego organizmu i zaburza równowagę elektrolitową, prowadząc do śmierci chorego.
Skażenia wewnętrzne
Skażenia wewnętrzne stanowią szczególny rodzaj zagrożenia dla człowieka. Promieniotwórcze izotopy, choćby emitujące bardzo słabe promieniowanie typu b, lub małozasięgowe promieniowanie typu a, stają się bardzo groźne po dostaniu się do wnętrza organizmu. Przykład stanowi jeden z izotopów wodoru, jakim jest tryt. Słabe promieniowanie typu b trytu ma zasięg jedynie paru centymetrów. Gdy tryt dostanie się do organizmu, natychmiast asymiluje się z komórkami jak zwykły wodór i bombarduje swoim kilkucentymetrowym promieniowaniem znajdujące się obok niego składniki komórek.
Jednym z pierwiastków promieniotwórczych pochodzących prosto z promieniotwórczych odpadów jest izotop stront - 90. Jest to izotop bardzo niebezpieczny dla człowieka, wbudowuje się bowiem w tkankę kostną. Stanowi to jedną z przyczyn nowotworów, a w szczególności białaczki. Stront - 90 dostaje się do organizmu człowieka na przykład wraz z krowim mlekiem, jeśli zwierzęta te pasiono na skażonych pyłem promieniotwórczym pastwiskach. Porównywalnie jak stront - 90 zachowuje się cez - 137, z ta różnicą, że zazwyczaj wbudowuje się w tkanki mięśniowe.
Przeczytaj także: Pyły zawieszone, filtry i jonizacja w oczyszczaczach powietrza
Wpływ na środowisko
Retencja izotopów promieniotwórczych na otoczenie zależy od wielu czynników: rodzaju zbiornika wodnych i rodzaju materiału geologicznego. Największe skażenie występuje na glebach lekkich i porowatych (do 5 cm). Retencja izotopów promieniotwórczych przy powierzchni gleby jest niekorzystna dla organizmów w niej żyjących. Największe skażenie występuje na niewielkiej wysokości, przede wszystkim w trawach. Trawy charakteryzują się dużą powierzchnią absorpcyjną, ułatwiając pochłanianie drobin poruszających się przy powierzchni ziemi.
Pewne rośliny mają także porosty, czyli glony żyjące w symbiozie ze strzępkami grzybni. Izotopy promieniotwórcze występują w osadach dennych. Ich obecność została wykryta również w glonach. Została wykryta u skorupiaków. Izotopy promieniotwórcze występować u morskich zwierząt kręgowych i bezkregowych.
Elektrownie jądrowe i zagrożenia
Elektrownie jądrowe, wykorzystujące paliwo nuklearne, to reaktor, w którym prowadzi się kontrolowaną reakcję łańcuchową. Moderator rozbija jądra kolejnych atomów paliwa. Elektrownie atomowe pozwalają uzyskać dużą ilość energii elektryczną. W porównaniu do elektrowni węglowych, elektrownie jądrowe nie są zbyt przyjazne środowisku. Elektrownia jądrowa w dłuższego okresu czasu i tak emituje znaczne ilości promieniowania przenikliwego.
Wielkość skażeń zwykle można oszacować już w fazie projektowania elektrowni. To zależy od rodzaju zastosowanego reaktora. Skażenie może wpłynąć na florę i faunę, powodując degradację klimaksowej - leśnej i zmiany przebiegu sukcescji ekologicznej. Sam poziom promieniowania jest niewielki, jednak aerozole zawierające izotopy promieniotwórcze mogą wyrządzić największe szkody w postaci skażeń wewnętrznych, szczególnie na obszarach oddalonych od miejsca katastrofy. Duże znaczenie ma lokalnego opadu podczas przejścia chmury radioaktywnej nad danym obszarem. Zostało zaobserwowane po katastrofie w Czarnobylu. Skażenia powstałe w jej wyniku dotknęły niemal całą Europę.
Przykłady awarii
W historii energetyki jądrowej miało miejsce wiele awarii, które spowodowały skażenia promieniowaniem jonizującego: Detroit (USA), 1951 r., Windscale (Wielka Brytania), 1957 r., Chalk River (Kanada), 1958 r., Idaho Falls (USA), 1961 r., Lingen (Niemcy), 1969 r., Chalk River (Kanada), 1972 r., Gundremmingen (Niemcy), 1975 r., Harrisburg (USA), 1979 r., Tsuruga (Japonia), 1981 r., Sellafield (Wielka Brytania), 1986 r., Czarnobyl (Ukraina), 1986 r.
Skażenia powstałe w jej wyniku dotknęły niemal całą Europę. W środę 28 marca 1979 r. doszło do awarii w elektrowni jądrowej Three Mile Island w Harrisburgu (USA). Skażenie stworzył duże zagrożenie dla flory i fauny okolicznych terenów. Stanowiła zatem potencjalne zagrożenie dla ogromnej rzeszy ludności. Przyczyną awarii były niedopatrzeń własciciela elektrowni i błędy konstrukcyjne, które były przyczyną zaistnienia awarii. Ostatecznie postawiono na aspekty ekonomiczne. Awaria zablokowała budowania elektrowni jądrowych w Stanach Zjednoczonych, promując energetyczne wykorzystujące tradycyjne paliwa (jak ropa naftowa).
Składowiska odpadów radioaktywnych
Składowiska odpadów radioaktywnych znajdują się na terenie Francji, Niemiec, USA oraz państw powstałych po rozpadzie ZSRR. Klasycznym przykładem śmietnika nuklearnego jest Hanford. EJ stanowią dla przyrody bardzo duże zagrożenie, ponieważ zawierają pierwiastki promieniotwórcze. Składowanie odpadów radioaktywnych na wyizolowanych terenach to jednak duży problem. Odpady promieniotwórcze występują w różnych postaciami i o różnej szkodliwości. Skażone odpady mogą bezpośrednio przenikać do gleby i wód. Skażenie wód śródlądowych miałoby katastrofalny wydźwięk. Odpady w Hanford, przenikają do gleby, powodując jej znaczne skażenia, a także do wód gruntowych, a pośrednio do zbiorników, z których czerpana jest woda pitna. Jej dostawą do wielu miast w Stanach Zjednoczonych. Okres rozpadu izotopów promieniotwórczych trwa wiele setek czy tysięcy lat.
W Hanfordzie płynie rzeka - Kolumbia. Izotopy zawarte w odpadach mogą być przenoszone przez wiatr na dość duże odległości. Flora tych terenów jest narażona na działanie promieniowania. Jednym z krajów, które odziedziczyły po ZSRR wiele składowisk odpadów jądrowych, jest Rosja i kraje powstałe po upadku ZSRR. Budynki takie zostały zaprojektowane na wiele lat. Odpady radioaktywne będą się jeszcze martwiło kilkadziesiąt pokoleń. Po jej demontażu trzeba coś zrobić z elementami osłon reaktorów.
Metody dekontaminacji
Jednym z rozwiązań jest skuteczne zahamowanie rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń radioaktywnych. Jedną z metod jest zeszkliwianie (stopieniu odpadów ze składnikami szkła). Zeszkliwione odpady są bezpieczniejsze przed rozprzestrzenianiem i bezpieczna w transporcie. Innym sposobem jest wysyłanie odpadów w przestrzeń międzyplanetarną, jednak wymaga to włożenia niemałego kapitału. Sposoby dekontaminacji są słabo rozwinięte. Problemem jest przechowywanie betonowych osłon reaktorów, które wciąż znaczne ilości promieniowania gamma. Napromieniowany sprzęt jest przechowywane są na odosobnionych terenach. Zużyte paliwo nuklearne to istna plaga. Niektórzy proponują składowanie odpadów na dnie głębokich wód oceanów. Jednak woda to podstawa wszelkiego życia, więc takie rozwiązanie może spowodować skażenia.
Broń jądrowa
Pojawiła się groźba zbudowania w nazistowskich Niemczech nowej, potężnej broni. W związku z tym Albert Einstein napisał list do prezydenta Franklina D. Roosevelta o niespotykanej dotąd sile. Zbudowano więc w ukrytym wśród gór Nowego Meksyku Los Alamos tajny ośrodek badań. Naukowcem kierował J.R. Oppenheimer. W Oak Ridge prowadzono wzbogacania uranu metodą dyfuzji gazowej, a w Hanfordzie produkowano pluton. Kosztowało to ok. 2 mld $. 16 lipca 1945 r. o godz. 5.30 czasu lokalnego, na pustyni niedaleko Alamogordo przeprowadzono pierwszą próbną eksplozję ładunku jądrowego. Powstał krater o średnicy 400 m. Depesza do prezydenta Trumana brzmiała: Operowany dziś rano. Diagnoza zadowalające i już przekraczają wszelkie oczekiwania.
Świtem 6 sierpnia 1945 r. bombowiec B-29 o nazwie "Enola Boy" i skierował się na Hiroszimę. O godz. 8.15 nad miastem, nastąpił wybuch. Atak jądrowy na Hiroszimę zabił ok. 80 tys. ludzi. W Nagasaki zginęło około 35 tys. osób. 16 lipca 1945 r. ludzkość straciła kontrolę nad tym, co stworzyła. Wielu naukowców (m.in. Oppenheimer) było przerażonych niszczycielską siłą nowej broni i zdali sobie sprawę, jak potężną moc oddali w nie zawsze dobre ręce ludzkości.
Bomba termojądrowa
Po zakończeniu drugiej wojny światowej w Stanach Zjednoczonych rozpoczęto pracę nad projektem, który otrzymał kryptonimem "Super". Podstawą działania bomby termojądrowej jest fuzja jąder lekkich pierwiastków, w wyniku czego tworzy się jądro helu. Eksplozję termojądrową przeprowadzili Amerykanie 1 września 1952 r. Bomba termojądrowa jest wielokrotnie silniejsza od klasycznej bomby atomowej, np. od "Little Boy" zrzuconego na Hiroszimę.
Bomba neutronowa
W latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku Amerykanie uzbroili swoją armię w bombę neutronową. Bomba ta nie ma aż tak dużej mocy przy wybuchu jak bomba atomowa, wyzwala jednak ogromną ilość promieniowania typu neutronowego, które zabija wszystkie żywe organizmy w zależnym od mocy promieniu wybuchu. Jest to możliwe dzięki przenikliwości, łatwości przenikania przez wszelkie osłony promieniowania neutronowego. Dawka otrzymana przez nich powoduje śmierć w ciągu godziny. Wybuch bomby neutronowej skaża teren w bardzo nieznaczny sposób. Jest to możliwe dzięki temu, że energia wybuchu jest zamieniana na energię promieniowania, zwłaszcza do używania jako taktyczny środek bojowy.
Broń jądrowa może doprowadzić do destrukcji i ciążyć na biosferze ziemskiej przez setki lat. Wybuch jądrowy może spowodować totalną zagładę życia na Ziemi, z wyjątkiem najdrobniejszych organizmów, które są dość odporne na promieniowanie.
Licznik Geigera
Licznik Geigera to podstawowe urządzenie do pomiaru promieniowania radioaktywnego - pozwala sprawdzić jego bierzący poziom w danym miejscu czy dla danego przedmiotu/osoby, a także umożliwia pomiar dawki przyjętej promieniowania. Pomiar dawki przyjętej jest ważny ponieważ nawet ekspozycja na niewielkie dawki promieniowania jonizującego w długim okresie czasu mogą być przyczyną chorób czy śmierci człowieka.
Miernik Geigera działa na zasadzie jonizacji gazu w rurce Geigera-Müllera. Gdy cząstki promieniowania przechodzą przez rurkę, powodują impuls elektryczny, który jest rejestrowany przez urządzenie. Podręczne liczniki Geigera (tak zwane dozymetry osobiste) znajdują zastosowanie tam, gdzie liczy się szybka reakcja.
Liczniki Geigera są powszechnie wykorzystywane przez policję, wojsko, pograniczników, znajdują się na wyposażeniu Obrony Cywilnej i samorządowych jednostek odpowiedzialnych za zarządzanie kryzysowe.
tags: #jonizacja #w #broni #jądrowej #działanie
