Οι χρήσεις της ραδιενέργειας

Φυσική για παιδιά, Ιούλιος 2003

Η ραδιενέργεια είναι η αυθόρμητη αποσύνθεση των ατομικών πυρήνων με εκπομπή υποατομικών σωματιδίων μεταξύ των οποίων είναι τα άλφα και βήτα σωμάτια ή ηλεκτρομαγνητικών ακτίνων που ονομάζονται ακτίνες X και ακτίνες γάμμα. 

Ο Rutherford ανακάλυψε ότι τουλάχιστον δύο συστατικά είναι παρόντα στις ραδιενεργές ακτινοβολίες: τα άλφα σωματίδια, που διαπερνούν αλουμίνιο πάχους μόνο μερικών χιλιοστών του εκατοστού, και τα βήτα σωματίδια, τα οποία είναι σχεδόν 100 φορές πιο διαπεραστικά.

Τα επόμενα πειράματα στα οποία υποβλήθηκαν οι ραδιενεργές ακτινοβολίες, ήταν μέσα σε μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία και αποκάλυψαν την παρουσία ενός τρίτου συστατικού, τις ακτίνες γάμμα, οι οποίες βρέθηκαν να είναι πιο διαπεραστικές από τα βήτα σωματίδια.

Σε ένα ηλεκτρικό πεδίο η πορεία των βήτα σωματιδίων εκτρέπεται πολύ προς τον θετικό ηλεκτρικό πόλο, και αυτή των άλφα σωματιδίων σε μικρότερη έκταση όμως προς τον αρνητικό πόλο, ενώ οι ακτίνες γάμμα δεν εκτρέπονται καθόλου. Επομένως, τα βήτα σωματίδια είναι φορτισμένα αρνητικά, τα άλφα είναι θετικά και μάλιστα είναι βαρύτερα.

Οι ακτινοβολίες α, β και γ είναι αρκετά επιβλαβείς για τους ζωντανούς οργανισμούς. Έχουν βρει όμως και αρκετές σημαντικές χρήσεις.

Μερικές από τις πιο σημαντικές χρήσεις τους παραθέτονται στη συνέχεια του άρθρου μας.

Ανιχνευτές καπνού

Έλεγχος πάχους υλικών

Κατά την διαδικασία παραγωγής χαρτιού, το πάχος του χαρτιού μπορεί να ελεγχθεί αν μετράμε πόση ακτινοβολία β διαπερνά το χαρτί και φτάνει σ' έναν ανιχνευτή Geiger-Müller. Ο μετρητής Geiger ελέγχει με κατάλληλο μηχανισμό ανάδρασης την πίεση που ασκούν οι κύλινδροι ώστε να δώσουν στο χαρτί το επιθυμητό πάχος. Για χαρτί, πλαστικό ή φύλα αλουμινίου, χρησιμοποιούμε ακτίνες β διότι οι ακτίνες α δεν μπορούν να διαπεράσουν το χαρτί.  Ως ραδιενεργό πηγή επιλέγουμε ένα στοιχείο με μεγάλο χρόνο ημιζωής ώστε να μη χρειάζεται συχνή αντικατάσταση.

Αποστείρωση

Οι ακτίνες γ μπορούν να χρησιμοποιηθούν ακόμη και μετά το πακετάρισμα ορισμένων τροφίμων μέσα στις συσκευασίες τους για να σκοτώσουν τα μικρόβια και τα έντομα στα τρόφιμα. Η διαδικασία αυτή μεγαλώνει το χρόνο μέσα στον οποίο μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα τρόφιμα αυτά, αλλά μερικές φορές αλλοιώνει τη γεύση.  Οι ακτίνες γ χρησιμοποιούνται επίσης για να αποστειρώσουν ιατρικές συσκευές και ειδικότερα πλαστικές σύριγγες, οι οποίες θα καταστρέφονταν αν θερμαίνονταν.

οι φράουλες διαρκούν περισσότερο όταν ακτινοβοληθούν.

Χρονολόγηση με ραδιοϊσότοπα

Τα ζώα και τα φυτά έχουν στους ιστούς τους μια σταθερή και γνωστή αναλογία του Άνθρακα-14 (Ο οποίος είναι ένα ραδιοϊσότοπο του άνθρακα.) Όταν πεθάνουν σταματούν να προσλαμβάνουν άνθρακα. Τότε η ποσότητα του Άνθρακα-14 μειώνεται με την πάροδο του χρόνου με συγκεκριμένο και γνωστό ρυθμό. (Ο Άνθρακας-14 έχει χρόνο ημιζωής 5700 χρόνια.)  Η ηλικία του αρχαίου οργανικού υλικού μπορεί να υπολογιστεί αν μετρήσουμε την ποσότητα του Άνθρακα-14 που έχει απομείνει σήμερα.

Η ηλικία των οστών του μαμούθ προσδιορίστηκε με τη μέθοδο ραδιοχρονολόγησης με άνθρακα-14.

Τα ραδιοϊσότοπα ως ιχνηθέτες

Σπινθηρογράφημα. Απεικόνιση με ακτίνες γ.

Ο πιο γνωστός ιχνηθέτης είναι το Τεχνήτιο-99, το οποίο είναι πολύ ασφαλές διότι εκπέμπει μόνο ακτίνες γ και δεν προκαλεί σημαντικό ιονισμό.

Τα ραδιοϊσότοπα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ιατρικούς σκοπούς, όπως για παράδειγμα στην αναζήτηση ενός αποφραγμένου νεφρού. Για να πετύχουμε κάτι τέτοιο, εισάγεται με ένεση στον ασθενή μια μικρή ποσότητα Ιωδίου-123. Μετά από 5 λεπτά, δύο μετρητές Geiger τοποθετούνται πάνω από τους νεφρούς. 

Τα ραδιοϊσότοπα επίσης χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία για να ανιχνεύσουμε διαρροές από σωλήνες. Για να το πετύχουμε αυτό, διοχετεύουμε μια μικρή ποσότητα ραδιενεργού ιχνηθέτη μέσα στο σωλήνα. Μετά προσπαθούμε να ανιχνεύσουμε την τυχούσα διαφυγή του από τον σωλήνα με ένα μετρητή GM πάνω από το έδαφος.

Έλεγχος συγκολλήσεων μετάλλων

Όταν μια πηγή ακτίνων γ τοποθετηθεί από τη μια πλευρά ενός μετάλλου που έχει κολληθεί και ένα φωτογραφικό φιλμ από την άλλη πλευρά, τα καταπονημένα σημεία της κόλλησης είτε οι φυσαλίδες αέρα που έχουν παγιδευτεί εντός αυτής, θα απεικονίζονται στο φιλμ όπως σε μια ακτινογραφία. 

Η αντιμετώπιση καρκίνων

Επειδή οι ακτίνες γ μπορούν να νεκρώνουν ζωντανά κύτταρα, χρησιμοποιούνται για να θανατώνουν καρκινικά κύττρα, χωρίς να καταφεύγουμε σε δύσκολες χειρουργικές μεθόδους. Η μέθοδος αυτή λέγεται ραδιοθεραπεία και είναι αποτελεσματική επειδή τα καρκινικά κύτταρα δεν μπορούν να αυτοεπισκευαστούν όταν πάθουν κάποιες ζημιές από τις ακτίνες γ, πράγμα που μπορούν να κάνουν τα υγιή κύτταρα.  Είναι σημαντικό να δώσουμε στον ασθενή τη σωστή δόση. Μεγάλη δόση ακτινοβολίας θα καταστρέψει πάρα πολλά υγιή κύτταρα, ενώ πολύ μικρή δεν θα καταφέρει να σταματήσει την εξάπλωση των καρκινικών κυττάρων με την πάροδο του χρόνου.

Ραδιοθεραπεία

Μερικά είδη καρκίνου είναι ευκολότερο να τα αντιμετωπίσουμε με ραδιοθεραπεία. Δεν είναι δύσκολο να κατευθύνουμε τις ακτίνες γ προς έναν όγκο στο μαστό, αλλά προκειμένου για καρκίνο πνευμόνων είναι πολύ δυσκολότερο να αποφύγουμε και την καταστροφή υγιών κυττάρων. Οι πνεύμονες επίσης καταστρέφονται πιο εύκολα από τις ακτίνες γ, και γι αυτό εκεί προτιμάμε άλλες μεθόδους.