Światło jonizacja tkanki – definicja i zastosowania
- Szczegóły
Promieniowanie, ogólnie mówiąc, jest to emitowanie oraz przekazywanie energii na odległość. Promieniowanie podzielić można na 2 zasadnicze grupy: jonizujące oraz niejonizujące. Jednym z istotnych rodzajów promieniowania jest promieniowanie jonizujące. Promieniowanie jonizujące to zjawisko, które odgrywa kluczową rolę zarówno w przyrodzie, jak i w nowoczesnej technologii.
Promieniowanie jonizujące - definicja i rodzaje
Promieniowanie jonizujące jest to promieniowanie elektromagnetyczne (np.: rentgenowskie albo gamma) i promieniowanie korpuskularne (np.: promieniowanie alfa oraz beta) które jest zdolne do spowodowania jonizacji w materiale, przez którą przenika. Promieniowanie jonizujące pojawia się jedynie w obecności źródła promieniowania, którym może być izotop promieniotwórczego pierwiastka albo pracująca lampa rentgenowska. Promieniowanie jonizujące pojawia się na skutek przemian jądrowych, a zatem zmiany w układzie nukleonów w jądrze, której to zmianie towarzyszy zmiana układu energii. Nie wszystkie izotopy są zdolne do takich przemian.
Do głównych rodzajów promieniowania jonizującego należą:
- Promieniowanie alfa - to strumień jąder helu, które składają się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Charakteryzuje się stosunkowo małym zasięgiem i niską zdolnością przenikania przez materię. Może być zatrzymane już przez kartkę papieru lub cienką warstwę skóry.
- Promieniowanie beta - to strumień elektronów (beta-minus) lub pozytonów (beta-plus). Jest bardziej przenikliwe niż promieniowanie alfa, ale można je zatrzymać za pomocą cienkiej warstwy aluminium lub szkła.
- Promieniowanie gamma - to fala elektromagnetyczna o bardzo krótkiej długości fali i wysokiej energii. Jest to bardzo przenikliwy typ promieniowania jądrowego, chociaż jego cechy jonizujące są małe.
- Promieniowanie rentgenowskie (X) - jest to promieniowanie elektromagnetyczne o niewielkiej długości fali (od 20 do 0,05 Aring;).
Charakterystyka promieniowania jonizującego
- Promieniowanie alfa (α) - polega ono na wysyłaniu przez jądro atomowe helu cząstek alfa (które składają się z dwóch protonów oraz dwóch neutronów). Cząstki te cechują się ogromną zdolnością jonizacji, co sprawia ogromny wpływ na organizmy ludzkie.
- Promieniowanie beta (ß) - polega ono na emisji cząsteczek z jądra atomowego elektronów w czasie przemiany neutronu w proton albo pozytonów w czasie przemiany protonu w neutron.
- Promieniowanie gamma (γ) - jest wysyłanie przez wzbudzone jądro atomu w czasie zmiany stanu energetycznego. Długość fali promieniowania równa jest od 1,0 do 0,01 Aring. Jest to bardzo przenikliwy typ promieniowania jądrowego, chociaż jego cechy jonizujące są małe.
Źródła promieniowania jonizującego
Promieniowanie jonizujące pojawia się na skutek przemian jądrowych, a zatem zmiany w układzie nukleonów w jądrze, której to zmianie towarzyszy zmiana układu energii. Nie wszystkie izotopy są zdolne do takich przemian.
- Źródła zamknięte - ulokowane są w specyficznych pojemnikach (np. z ołowiu).
- Źródła otwarte - substancje promieniotwórcze, z którymi robi się takie rzeczy, jak rozpuszczanie, rozcieńczanie, dozowanie itp.
Jonizacja - proces tworzenia jonów
Jonizacja atomu to proces, w którym neutralny atom traci lub zyskuje elektrony, przekształcając się w jon. To zjawisko jest kluczowe dla zrozumienia wielu procesów chemicznych i fizycznych. Jonizacja zachodzi, gdy atom oddziałuje z energią, np. światłem, ciepłem lub innymi cząstkami. Proces ten może prowadzić do powstania kationu (gdy atom traci elektron) lub anionu (gdy atom zyskuje elektron).
Przeczytaj także: Optymalizacja Warunków
Wystarczy, że atom zostanie poddany działaniu energii większej niż jego energia wiązania elektronu. W ten sposób elektron zostaje uwolniony, a atom staje się naładowany. Jonizacja może zachodzić na różne sposoby, w zależności od źródła energii.
Rodzaje jonizacji:
- Jonizacja przez zderzenia - atom zderza się z cząstką o wysokiej energii, np. elektronem lub fotonem, co prowadzi do uwolnienia elektronu.
- Jonizacja przez absorpcję energii - atom pochłania energię, np. w postaci światła ultrafioletowego, co powoduje przejście elektronu na wyższy poziom energetyczny. Jeśli energia jest wystarczająco duża, elektron może całkowicie opuścić atom.
- Jonizacja poprzez rozpad wiązań chemicznych - energia rozbija wiązanie między atomami, prowadząc do powstania jonów. Ten proces jest często obserwowany w reakcjach chemicznych i elektrolizie.
Energia jonizacji to minimalna ilość energii potrzebna do usunięcia elektronu z atomu. Każdy pierwiastek ma swoją charakterystyczną wartość energii jonizacji, która zależy od liczby elektronów i ich rozmieszczenia w atomie. Im bliżej jądra znajduje się elektron, tym więcej energii potrzeba, aby go usunąć.
Zastosowanie jonizacji
Promieniowanie jonizujące znajduje szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach ludzkiej działalności np. w energetyce, hutnictwie, przemyśle elektronicznym, chemicznym, wydobywczym. Urządzenia i źródła promieniowania jonizującego są też powszechnie stosowane we współczesnej medycynie, zarówno w diagnostyce jak i w leczeniu.
Jonizacja atomu ma ogromne znaczenie w wielu dziedzinach nauki i technologii. W medycynie wykorzystuje się ją do leczenia nowotworów za pomocą radioterapii. W energetyce proces ten jest kluczowy dla działania reaktorów jądrowych i ogniw słonecznych. W technologiach środowiskowych jonizacja pomaga w oczyszczaniu powietrza i wody.
Przeczytaj także: Komfortowy Oczyszczacz Powietrza
Jonizacja w medycynie
W medycynie jonizacja jest wykorzystywana przede wszystkim w radioterapii. Promieniowanie jonizujące niszczy komórki nowotworowe, uszkadzając ich DNA. To skuteczna metoda leczenia, która ratuje życie tysięcy pacjentów rocznie. Jonizacja jest również kluczowa w diagnostyce medycznej. Techniki takie jak tomografia komputerowa (CT) i rentgen wykorzystują promieniowanie jonizujące do tworzenia obrazów wnętrza ciała. Dzięki temu lekarze mogą dokładnie zdiagnozować choroby i urazy.
Jonizacja w środowisku naturalnym
Jonizacja występuje naturalnie w przyrodzie, np. podczas wyładowań atmosferycznych. Błyskawice jonizują powietrze, tworząc ozon, który chroni Ziemię przed szkodliwym promieniowaniem UV. Człowiek również wpływa na procesy jonizacji, np. poprzez emisję zanieczyszczeń. Spalanie paliw kopalnych prowadzi do powstawania jonów w atmosferze, co może wpływać na jakość powietrza i zdrowie ludzi.
Wpływ jonizacji na atmosferę i klimat
Jonizacja odgrywa ważną rolę w kształtowaniu klimatu. W jonosferze, warstwie atmosfery na wysokości 60-1000 km, jony wpływają na propagację fal radiowych. To zjawisko jest wykorzystywane w komunikacji satelitarnej i nawigacji. Jonizacja może również wpływać na powstawanie chmur i opadów. Jony w atmosferze przyciągają cząsteczki wody, co może prowadzić do kondensacji i tworzenia się chmur.
Wpływ promieniowania jonizującego na zdrowie
Oddziaływanie promieniowania jonizującego na organizmy żywe zależy od rodzaju i dawki. Małe dawki mogą wywoływać subtelne zmiany w DNA, które z czasem zwiększają ryzyko mutacji, a duże dawki powodują ostre skutki biologiczne.
Wpływ promieniowania jonizującego na organizm człowieka jest różny - niektóre komórki potrafią się regenerować, inne ulegają trwałemu uszkodzeniu.
Przeczytaj także: Profesjonalna stylizacja włosów w domu
Skutki zdrowotne dawek promieniowania jonizującego można podzielić na dwie kategorie: deterministyczne i stochastyczne.
- Skutki deterministyczne pojawiają się po osiągnięciu dawki progowej, co oznacza, że nie oczekuje się, że dawka poniżej progu spowoduje konkretny efekt. Nasilenie efektu wzrasta wraz z dawką. Zaczerwienienie skóry (rumień) jest przykładem efektu deterministycznego przy dawce progowej około 300 rad (3 Gy). Deterministyczne skutki zdrowotne, czasami są one opisywane jako „krótkoterminowe” skutki zdrowotne.
- Skutki stochastyczne występują przypadkowo. Prawdopodobieństwo wystąpienia efektu w populacji wzrasta wraz z otrzymaną dawką, a nasilenie efektu nie zależy od dawki. Nowotwory są głównym efektem stochastycznym, który może wynikać z dawki promieniowania, często wiele lat po ekspozycji. Zakłada się, że stochastyczne skutki zdrowotne nie mają progowej dawki, poniżej której nie występują. To jest powód, dla którego żaden poziom dawki promieniowania nie jest uważany za całkowicie „bezpieczny” i dlatego dawki powinny być zawsze utrzymywane na najniższym możliwym poziomie (ALARA). Stochastyczne skutki zdrowotne, czasami są one opisywane jako „długoterminowe” skutki zdrowotne.
Przykłady aktywności promieniotwórczej
Aktywność promieniotwórcza to ilość przemian jądrowych jakie zachodzą w źródle promieniotwórczym w jednostce czasu. Przykłady:
- Jeden litr wody morskiej - ok 12 Bq
- Jeden litr mleka - ok. 10 Bq
- 5-cio letnie dziecko - ok. 5000 Bq
- Dorosły człowiek o wadze 70 kg - ok. 10 tyś. Bq
- Jedna tona skały granitowej - ok. 10000 Bq
- Jeden gram radu - ok. 37 mld Bq
Dawki promieniowania
Wykorzystywany do definiowania wielkości pochłoniętej energii promieniowania w ludzkim organizmie, z uwzględnieniem skutków biologicznych, jakie powodują przeróżne typy promieniowania. Dla promieniowania ß, ,X współczynnik do przeliczania jest równy jedności. Jeżeli chodzi o promieniowanie alfa to neutronowy współczynnik jest większy równy jest on dziesięć a czasami nawet dwadzieścia pięć.
Przy napromieniowaniu pojedynczego organu albo tkanki posługujemy się pojęciem równoważnika dawki. Przy napromieniowaniu całego organizmu albo wielu organów czy tkanek pojęciem efektywnego równoważnika dawki. Przy napromieniowaniu wewnętrznym, które jest spowodowane wchłonięciem izotopu o długim czasie rozkładu miara narażenia jest efektywny równoważnik dawki obciążającej.
Ochrona przed promieniowaniem jonizującym
Ważne znaczenie posiada oczywiście odpowiednie zabezpieczenie pracowników przed wpływem promieniowania jonizującego. Pracodawca powinien chronić swoich pracowników przed promieniowaniem jonizującym które pochodzi ze źródeł sztucznych, naturalnych, jakie występują w pracy.
Efekt ochrony przeróżnych substancji przed promieniowaniem jest wyrażony w połowie albo dziesiątej grubości - mówiąc inaczej grubości substancjo koniecznej do zredukowania intensywności promieniowania o połowę albo do jednej-dziesiątej. Następne warstwy osłony redukują nasilenie promieniowania w identycznej proporcji - zatem 3 warstwy dziesiątej grubości redukują intensywność do 0,001 (dziesiąta grubość stanowi prawie 3.3 połowy grubości).
W medycynie obowiązuje zasada ALARA (As Low As Reasonably Achievable), czyli „tak nisko, jak to rozsądnie możliwe”. Oznacza to, że dawki promieniowania powinny być utrzymywane dawkę na najniższym możliwym poziomie przy zachowaniu diagnostycznej wartości obrazów.
Komórki rozpoznają zniszczenia substancji genetycznej oraz zatrzymują cykl komórkowy, starają się one również zniwelować skażenia przed przystąpieniem do dalszych podziałów. Stanowi to ochronę przed utworzeniem się komórek nowotworowych.
Skutki napromieniowania:
- Somatyczne - takie które występują od razu po napromieniowaniu całego ciała.
- Genetyczne - są one związane z mutacjami w obrębie materiału genetycznego. Niewielkie dawki promieniowania pochłonięte od razu, dają obraz morfologiczny w formie zmutowanych organizmów dopiero w następnych pokoleniach.
- Wrażliwości tkanek na napromieniowanie.
tags: #światło #jonizacja #tkanki #definicja
