Źródłem promieniowania jonizującego jest każde źródło promieniotwórcze (substancja promieniotwórcza) lub urządzenie wytwarzające promieniowanie jonizujące.
W przemyśle stosuje się przede wszystkim mierniki radioizotopowe służące do pomiarów różnych wielkości, do kontroli procesów produkcyjnych itp. Są to m.in. mierniki grubości materiału, jego gęstości, poziomu ciał stałych lub cieczy w zbiornikach, grubości pokrycia podłoża jakimś materiałem, mierniki stężenia kwasu, zapylenia powietrza itp. W tego typu urządzeniach stosuje się głównie źródła zamknięte promieniowania γ lub β i najczęściej wykorzystuje zjawisko pochłaniania promieniowania przy przejściu przez materię bądź zjawisko rozproszenia promieniowania.
Bardzo popularną metodą badań „nieniszczących” jest radiografia przemysłowa. Wykorzystuje się w niej promieniowanie γ lub X do kontroli np. elementów spawanych. Oprócz przenikliwości i zależności pochłaniania promieniowania od grubości materiału wykorzystuje się tu jeszcze jedno zjawisko fizyczne, a mianowicie zaczernienie błony fotograficznej pod wpływem promieniowania. Badany element umieszcza się między źródłem promieniowania a detektorem z błoną fotograficzną. Jeżeli jest on jednorodny, promieniowanie pochłaniane jest w nim w jednakowym stopniu i błona zostanie równomiernie zaczerniona. Jeżeli jest niejednorodny promieniowanie jest pochłaniane w różnym stopniu i w różnym stopniu będzie zaczerniona błona fotograficzna. Aparaty używane w radiografii przemysłowej to, tzw. defektoskopy (obecnie, w przypadku używania promieni γ coraz częściej nazywane są aparatami gammagraficznymi).
Oprócz klasycznej radiografii stosowanej do wykrywania nieszczelności i wad w szczególnie istotnych elementach konstrukcyjnych (np. rurociągach), wykorzystującej promieniowanie γ i X, w ostatnich latach znaczenia nabierają specjalne metody radiograficzne: neutronografia przydatna do prześwietlania materiałów lekkich, radiografia protonowa, mikroradiografia (do badania bardzo małych przedmiotów) oraz radiografia dynamiczna.
Techniki radiacyjne stosowane są w różnych gałęziach przemysłu. Wykorzystuje się je do sterylizacji sprzętu medycznego jednorazowego użytku, modyfikacji polimerów, materiałów oraz przyrządów półprzewodnikowych, do barwienia tkanin, szkła oraz sztucznych, a nawet naturalnych kamieni. Na świecie ilość produktów wytwarzanych lub modyfikowanych radiacyjnie sięga milionów ton rocznie i ciągle wzrasta. Zasada stosowania technik radiacyjnych polega na napromieniowaniu materiałów i gotowych wyrobów za pomocą wiązki elektronów lub promieniowania γ. Ciekawym przykładem wykorzystania tych technik są termokurczliwe rurki i taśmy, które doskonale sprawdzają się jako izolacja elektryczna. Znajdują one zastosowanie wszędzie tam, gdzie trzeba wykonać trwałe i szczelne połączenia elementów konstrukcyjnych, m.in. przy montażu połączeń rur wentylacyjnych, przewodów, kabli elektrycznych. Techniki radiacyjne wykorzystano także w technologii oczyszczania gazów odlotowych z instalacji spalających m.in. węgiel. Napromieniowanie gazów wiązką elektronów powoduje zredukowanie emisji dwutlenku siarki (SO2) o 95%, a tlenków azotu (NOX) o 80%. Technologię tą zastosowano w pierwszej pilotowej stacji w elektrowni Kawęczyn, położonej w pobliżu Warszawy. Jest to wielce obiecujące przedsięwzięcie w zakresie ochrony środowiska.
METODY ZNACZNIKÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH
|
Metody znaczników promieniotwórczych znalazły największe zastosowanie do badań obiektów oraz substancji w różnych stanach skupienia. Polegają one, najogólniej mówiąc, na dodaniu radioizotopu do materiałów przesyłanych na odległość, poddawanych procesowi mieszania lub zmieniających podczas obróbki technologicznej stan skupienia (odparowanie, rozpuszczanie, itp). Pozwala to na śledzenie zmian intensywności promieniowania w różnych miejscach przepływu lub przesuwania się badanego materiału. Ponieważ podczas badań używa się znikomych ilości izotopu o małej aktywności, to wprowadzenie go nie zaburza badanych procesów. Za pomocą metod znacznikowych można ustalić przepływ materiałów, określić ich prędkość, tor poruszania, dyspersję (niejednorodność). Można przeprowadzić również badania procesów mieszania i rozdzielania składników oraz ich faz. Metody te znalazły zastosowanie w produkcji szkła, w przemyśle papierniczym, chemicznym i metalurgicznym. Znaczniki promieniotwórcze stosuje się również do badania stopnia zużycia materiałów, narzędzi, śledzenia procesów korozyjnych, badania smarów, a także lokalizacji i pomiarów nieszczelności zbiorników i rurociągów.
Jedną z ważniejszych metod wykorzystujących promieniowanie jonizujące,
jest tzw. analiza aktywacyjna czyli jądrowa analiza składu materiałów. Za pomocą tej metody można określić lub wykryć zanieczyszczenia w półprzewodnikach, luminoforach i innych materiałach o wysokiej czystości. Można również, stosując analizę aktywacyjną, określić np. ilościową zawartość metali ciężkich w odpadach (np. popiołach), azotu w ziarnach, nawozach sztucznych itp. Jej niewątpliwą zaletą jest możliwość oznaczania jednocześnie wielu pierwiastków. Metoda ta polega, jak sama jej nazwa mówi, na zjawisku aktywacji, najczęściej neutronowej. Badaną próbkę materiału naświetla się strumieniem neutronów z reaktora lub pochodzących z innego źródła (np. rad-beryl), i w ten sposób staje się ona promieniotwórcza. Ilość powstałego izotopu promieniotwórczego jest w danych warunkach aktywacji proporcjonalna do ilości trwałego izotopu „macierzystego”. Pozwala to wykryć i oznaczyć jego znikome ilości w badanej próbie. Bada się (za pomocą specjalnego urządzenia zwanego spektrometrem β lub γ) widmo energetyczne otrzymanego izotopu promieniotwórczego określając w ten sposób, jaki rodzaj promieniowania wysyła i o jakiej energii. Znane są widma energetyczne poszczególnych izotopów. Analizując widmo badanej próby można ustalić, jakie izotopy, a więc jakie pierwiastki wchodzą w jej skład i w jakich ilościach.
DIADNOSTYKA MEDYCZNA I RADIOTERAPIA
|
Wykorzystywanie technik radiologicznych i radioizotopowych w diagnostyce medycznej oraz w radioterapii (badania rentgenowskie, tomografia komputerowa, medycyna nuklearna, radioterapia itp.) jest niewątpliwie wielkim sukcesem nauki. Umożliwiają one bowiem wykrycie nieprawidłowej budowy lub czynności badanego narządu. Uzyskane wyniki badań są niejednokrotnie decydujące w ustaleniu właściwego rozpoznania choroby. Zastosowanie tych metod w radioterapii w zwalczaniu nowotworów ma często decydujące znaczenie dla życia pacjentów.
W przemyśle spożywczym i farmaceutycznym stosuje się urządzenia radiacyjne do konserwowania żywności i sterylizacji narzędzi lekarskich, strzykawek i materiałów opatrunkowych poprzez napromienienie ich bardzo dużymi dawkami. Jako źródło promieniowania stosuje się przede wszystkim kobalt 60Co o aktywności rzędu dziesiątków tysięcy TBq, a stosowane dawki są na ogół rzędu kilkudziesięciu kGy (kilogreji), lub akceleratory elektronowe.
W badaniach geologicznych korzysta się ze źródeł neutronów przy poszukiwaniu złóż minerałów, jak również do pomiaru wilgotności (lub gęstości) gruntu.
Własności jonizacyjne promieniowania wykorzystuje się także w tzw. eliminatorach ładunku elektrycznego. W produkcji papieru, folii, tkanin, filmów fotograficznych, a więc wszędzie tam, gdzie materiał nie przewodzący przesuwa się i ociera o różne elementy maszyn, występuje zjawisko wytwarzania ładunków elektrycznych, które jest następstwem tarcia. Nagromadzenie dużego ładunku może być przyczyną bardzo poważnego zagrożenia pożarowego i wybuchowego w procesach technologicznych, w których operuje się substancjami łatwopalnymi i wybuchowymi. Można temu zapobiegać wywołując silną jonizację powietrza w pobliżu naładowanego materiału, właśnie za pomocą promieniowania o dużej zdolność jonizacji.
W czujkach dymu, urządzeniach stosowanych do wykrywania i sygnalizacji wystąpienia pożaru, także powszechnie używane są źródła promieniotwórcze (Am-241, Pu-239).
Właściwości rozpadu promieniotwórczego wykorzystywane są również jako miara czasu. Do określania wieku znaleziska można wykorzystać różne radioizotopy, chociaż najpopularniejsza jest metoda węglowa, polegająca na określaniu zawartości promieniotwórczego węgla 14C w szczątkach organizmów i stąd wnioskowanie o ich wieku.
Zastosowania promieniowania jonizującego, energii jądrowej o charakterze czysto naukowo-badawczym mają obecnie miejsce głównie w naukach fizycznych, chemicznych i biologicznych.
Podsumowując, należy stwierdzić, że nie sposób szczegółowo wymienić wszystkich zastosowań promieniowania jonizującego. Jest ono m.in. wykorzystywane w rolnictwie, w konserwacji żywności, poszukiwaniu źródeł wody, diagnostyce i terapii medycznej, sterylizacji sprzętu medycznego, a także w wykrywaniu i usuwaniu zanieczyszczeń środowiska naturalnego. Promieniowanie to wykorzystuje się również do zmiany struktury chemicznej materiałów, konstruowania niezwykle czułych detektorów (czujek) dymu, a także badania skażenia rzek, zbiorników wodnych i wód gruntowych. Techniki jądrowe (radioizotopowe) znalazły zastosowanie w górnictwie, geologii, archeologii. Pozwalają one m.in. precyzyjnie określić wiek badanych skał czy minerałów, a także szczątków żywych organizmów.
