Radioaktivitással kapcsolatos ismereteink alig száz éve halmozódnak, ezért hajlamosak vagyunk azt gondolni, hogy ez valami modern találmány, emberi csinálmány. Hozzátársítjuk az atom szót, márpedig sokakban irracionális félelem él mindentől, ami „atom”, legyen az erőmű vagy orvosi vizsgálat. A radioaktivitás azonban természeti jelenség, nélküle nem lenne lakható a föld. Az élőlények évmilliók óta együtt élnek a sugárzásokkal, amelyeknek az ember mára rengeteg hasznos, nélkülözhetetlen alkalmazását dolgozta ki. Sajnos közben megszülettek a pusztítás eszközei is.
Marie Curie a XIX. század utolsó éveiben az uránium Antoine Becquerel által felfedezett sugárzását tanulmányozva azt találta, hogy egy másik nehézelem, a tórium vegyületei is spontán sugárzást bocsátanak ki. Így született meg a sugárzóképességet jelentő radioaktivitás kifejezés.
Az elemek atommagjai a protonok számában különböznek egymástól. Például a szén 6 protonja mellett az atommagban lehet 6 vagy 7 neutron, mindkét atom szén, és mindkettő stabil. Ha azonban a mag 6 protonja mellett 7-nél több vagy 6-nál kevesebb neutron van, szén marad, de a magja nem stabil. Radioaktív, mert a bomlás sugárzás kibocsátásával megy végbe. Egy elem különböző neutronszámú változatait izotópoknak nevezzük. Az izotópok némelyike stabil, mások tovább bomlanak, míg stabil elemmé nem alakulnak.
Az atommag bomlásakor kiszabaduló radioaktív sugárzásokat megismerésük sorrendjében a görög ábécé első betűivel jelölték. Az első, a pozitív töltésű alfa-sugárzás valójában héliumatommag, azaz két proton és két neutron együttese. Igen erősen ionizál, ezért még egy papírlapon vagy a bőrünkön sem képes átjutni. A béta-sugárzás negatív töltésű elektronokból (vagy az elektronok pozitív antirészecskéiből, pozitronokból) áll. Az előbbinél kevésbé ionizál, áthatoló képessége nagyobb. A gamma-sugárzás nagy energiájú elektromágneses sugárzás, ennek a legnagyobb az áthatoló képessége. Ma radioaktív sugárzásnak nevezzük azokat az atommagból induló folyamatokat is, amelyek során más részecskék, például protonok vagy neutronok lépnek ki.
A sugárzásokat csak az erre a célra épített műszerekkel tudjuk kimutatni: a mérés többnyire azon alapul, hogy a radioaktív sugárzás az útjába kerülő atomokat, molekulákat elektromosan töltötté teszi. Az ionizált részecskék számát és energiáját mérve következtetünk a sugárzás minőségére és mennyiségére. A kibocsátott sugárzás fajtája, annak energiája jellemző az egyes izotópokra, ezért az ismeretlen eredetű sugárzást elemezve megtudhatjuk, milyen izotóp bocsátotta ki.
A sugárzó izotópoknak még egy fontos számszerű jellemzője van, ez a felezési idő: az az idő, amely alatt a sugárzó anyag mennyiségének fele elbomlik. A felezési idő megváltoztathatatlan anyagi jellemző, értéke a különféle radioaktív izotópokban igen széles határok között változhat.
Az elemek a csillagokban születnek: Napunk és a többi csillag nagyrészt a legkönnyebb elemből, hidrogénből áll. Az ott uralkodó rendkívüli hőmérsékleti és nyomásviszonyok között a hidrogénatommagok héliumatommagokká olvadnak össze. Eközben energia szabadul fel, ebből születik az a fény is, amely nélkül nem lenne élet a földön. A héliumatommagokból sorozatos magreakciók révén alakul ki minden „könnyű” elem. A sort a vas zárja.
A vasnál nehezebb elemek az öregedő, nagy tömegű csillagok összeomlásakor születnek, amikor alkotóelemeik protonjainak többsége a másodperc tört része alatt neutronokká alakul, amelyeket az ott levő elemek befognak, így jönnek létre a nehézelemek. Az összeroppant csillag anyaga szupernóva-robbanásban szóródik szét.
A csillagközi térben minden elem minden izotópja megtalálható. Ebből a kavargó anyagból, a csillagközi gáz- és porfelhőből valamikor 4,6 milliárd éve alakult ki a naprendszer, ekkor született a Föld.
A Föld túlnyomórészt folyékony vasból álló sűrű belső magból, oxigént és ként tartalmazó külső magból és szilárd halmazállapotú héjból épül fel. A középpont felé haladva a hőmérséklet általában 33 méterenként egy Celsius-fokkal emelkedik, legbelül elérheti a 6000 Celsius-fokot is. Talpunk alatt, a Pannon-medencében 20 méterenként emelkedik a hőmérséklet egy fokot.
A Föld hőjének forrása is a radioaktivitás. Magjában többféle, igen hosszú felezési idejű izotóp, főképp urán, tórium és kálium található, a bomlásuk közben felszabaduló hőenergia tartja olvadt állapotban a Föld magját, és az olvadt magma tör felszínre a lávával. E radioaktív bomlás adja a geotermikus energia utánpótlását, amely a Pannon-medencében különösen sok hőforrásban buggyan elő.
Az áramló vasmag óriási mágnessé teszi bolygónkat. Mágneses tere eltéríti a töltött részecskéket, valóságos pajzsként véd minket a Napból és az univerzum más csillagaiból érkező kozmikus sugárzások ellen. Ha nem is az összestől, de nagy részüktől igen.
A Napból protonok, elektronok, alfarészecskék, nehezebb atommagok, gamma-sugarak lépnek ki. Ez a részecskeáram a napszél. Az időről időre végbemenő gyors változások, a Nap viharai nagy mennyiségű anyagot lövellnek ki a koronából, a napszél e gyors áramlásai űrviharokat keltenek. Az űrviharok megzavarják a földi villamos távvezetékeket, a távközlési hálózatokat, a műholdak rádiókapcsolatait, és károsítják az űreszközöket is. Ma már napi űridőjárás-előrejelzést adnak ki, hogy a műholdas szolgáltatók felkészülhessenek a viharokra.
Még a Föld közeli pályán keringő űreszközök belsejében is ötven-
szer-százszor erősebb a sugárzás, mint a Föld felszínén, napkitörések idején pedig ennek is sokszorosa. Az űrhajóst érő sugárzás mérésére fejlesztették ki a Központi Fizikai Kutatóintézet (KFKI) Atomenergia Kutatóintézetében a Pille dozimétert.
A Pillét 1980-ban magával vitte az űrbe Farkas Bertalan, majd 1984-ben Sally Ride, az első amerikai űrhajósnő. Több szovjet űrállomáson, köztük a Miren is ezt használták, és 1987 júniusában a Pillével mérték meg először az űrséta idején az embert érő sugárzást. Újdonsága, hogy az eredmény azonnal kiértékelhető. A továbbfejlesztett műszer több példánya ma is a Nemzetközi űrállomás fontos eszköze.
„Ereszkedjünk alább az űrhajósok világából, és nézzük meg, mi történik a sugárzásokkal a légkörben!” – folytatta előadását Jéki László. Kölcsönhatásba lépnek az ott található atomokkal, emiatt a felszín felé közeledve egyre csökken a számuk. A sugárterhelés tehát függ a felettünk levő légkör vastagságától: az értéke felfelé haladva kb. 1800 méterenként megkétszereződik. Repülés közben is több sugárzás ér minket, de egyetlen, 10 ezer méteres magasságban tett repülőút is csak alig több mint egy ezrelékkel növeli a természetes háttérsugárzás évi adagját.
A földi mágneses tér hatására a sarkoknál jóval több részecske jut a légkörbe. Ennek köszönhetjük a sarki vagy északi fény néven ismert csodálatos jelenséget.
A Föld magját fűtő, hosszú felezési idejű urán-, tórium- és káliumizotópok a földkéregben is előfordulnak. Az urán bomlása során gáz halmazállapotú radonizotóp is keletkezik. A radonsugárzásból annál nagyobb dózis éri az embert, minél többet tartózkodik rosszul szellőztetett földszinti helyiségekben. Természetes eredetű sugárterhelésünknek hozzávetőleg kétharmada a belélegzett radioaktív anyagok, elsősorban a radon számlájára írható. Lakosságunk természetes sugárterhelése mintegy 20 százalékkal nagyobb a világátlagnál. A talaj természetes radioaktív anyagai a táplálékláncon át a mi szervezetünkbe is bejutnak. A sugárzó izotópok minket is radioaktívvá tesznek, a testünkben óránként mintegy 16 millió atom bomlik el.
A természetes forrásokból eredő sugárterhelés évente összesen 2,4 mSv. (Sv = sievert – ez az élő szervezetet érő sugárzás hatásának mértékegysége.) Ehhez adódnak a mesterséges források, amelyek részben korábbi emberi tevékenységek, nukleáris események következtében vannak jelen környezetünkben. Együtt kell élnünk velük, amíg a sugárzó izotópok le nem bomlanak. A legerősebbek még ma is a rég betiltott légköri atomfegyver-kísérletek hatásai.
Növelik a terhelést az atomipari balesetek maradandó sugárforrásai is, köztük mindmáig a legsúlyosabb a csernobili atomerőmű 1986. április
26-i gőz- és gázrobbanása. Az ott keletkezett radioaktivitás egyhuszada az atomfegyver-kísérletek miatt létrejött mennyiségnek. A baleset Magyarországon két-háromhavi természetes eredetű sugárzásnak megfelelő többletterhelést okozott.
Frédéric és Iréne Joliot-Curie 1934-ben felfedezte a mesterséges radioaktivitást. Enrico Fermi kísérletei pedig elvezettek az atommaghasadás felfedezéséig. Megnyílt az út az atomreaktor és az atombomba létrehozásához. De ez egy másik történet.
A radioaktív izotópos nyomjelzés technikáját Hevesy György dolgozta ki. Módszere azon alapul, hogy a sugárzó és a nem sugárzó izotóp kémiailag azonos módon viselkedik, a sugárzást mérve nyomon követhetjük az izotópok útját. (A Joliot-Curie házaspár 1935-ben, Enrico Fermi 1938-ban, Hevesy György 1943-ban kapott Nobel-díjat.)
Manapság a világon naponta mintegy százezer orvosi vizsgálatot végeznek radioaktív technécium–99 izotóppal. Az izotóp felszívódása után mérik a testből kilépő sugárzás eloszlását. Ezzel a módszerrel elsősorban daganatokat, szervi rendellenességeket mutatnak ki. A pajzsmirigyet a jód–131-es izotóppal vizsgálják. A pozitronemissziós tomográfia (PET) 2–110 perces felezési idejű oxigén-, nitrogén-, szén- és fluorizotópokat használ.
A sugárzások élettani hatását felismerve már az 1920-as években használták rákos daganatok elpusztítására a gamma-sugárzó rádiumot. A sugárzás ionizálja a sejt atomjait, molekuláit, felbontja a hidrogénkötéseket, ezzel elpusztítja a megcélzott daganatszövet sejtjeit. A protonok vagy a még nehezebb részecskék azonos úthosszon több energiát adnak át a szöveteknek, mint a gamma-sugarak vagy a könnyű elektronok. A felgyorsított részecskékből álló sugárnyaláb pontosan a daganatsejtekre összpontosítható.
Az élelmiszeriparban a besugárzás évtizedek óta alkalmazott tartósítási eljárás. Gamma-sugarakkal késleltethető a mangó, a papaja, a spárga és a gomba érése. Az ősszel besugárzott burgonya és hagyma csírázás nélkül áll el tavaszig, a baromfihús besugárzása megöli a szalmonellát, a kólibacilust és más baktériumokat.
Az úgynevezett elektronsugaras száraz tisztítással a füstgázokat egy műveletben tisztítják meg a kén-dioxidtól és a nitrogén-dioxidtól. Az atomenergetika leggyengébb láncszeme a hosszú felezési idejű izotópok biztonságos eltemetése. Biztató kísérleteket folytatnak ezek besugárzásával, amelynek hatására stabil vagy rövid felezési idejű izotópokká alakulnak.
A neutronaktivációs módszer alkalmas a környezetszennyező nehézfémek (arzén, kadmium, higany, ólom) kimutatására vagy a talaj mikroelem-tartalmának térképezésére. Így megbontás nélkül megállapítható a konténerek tartalma, fény derülhet a veszélyes és tiltott anyagok, például kábítószerek, robbanóanyagok elrejtésére.
A radioaktív izotópok még a festményhamisítók leleplezésében is fontos szerephez jutottak – tudtuk meg Jéki László előadásából. A XVII. században élt holland festő, Jan Vermeer képeit tökéletesen hamisította XX. századi utóda, Hans van Meegeren. Csak a festék ólomizotóp-arányának meghatározása tette nyilvánvalóvá, hogy Meegeren alkotásai zseniális Vermeer-hamisítványok.
Az izotópok aránya a radiokarbon-kormeghatározás alapja. A kozmikus sugárzás hatására a légkörben folyamatosan keletkező radioaktív szén–14 atomok a stabil szénizotópokkal együtt bejutnak az élőlények szervezetébe. A sugárzó és a stabil szén aránya a szervezetben állandó, de az életjelenségek megszűntével a szén–14 béta-sugárzással nitrogénné alakul, ezért a mennyisége egyre csökken. Az izotóp felezési idejének (5730 év) ismeretében a izotóparány mérésével meghatározható a szerves anyagok kora.
Mekkora sugárdózist viselünk el? Bármilyen csekély sugáradag károsíthatja a sejteket, bár ezt az egészséges védekező- és javítómechanizmusok némiképp ellensúlyozzák. Ezért a kisebb dózisoknak akár még jótékony hatásuk is lehet: erősíthetik a helyreállító folyamatokat, stimulálhatják az immunrendszert. Az embert a természetes forrásokból évi 2,4 mSv sugárdózis éri, ehhez átlagosan további 0,4 mSv terheléssel járulnak hozzá az orvosi beavatkozások. Egészségügyi kockázatuk azonban elhanyagolható a terápia haszna mellett. Az atomfegyver-kísérletek és a mai atomipar járulékai még ezekhez képest is elhanyagolhatók.
A radioaktivitás kockázatait a hétköznapi veszélyforrásokkal összevetve kiszámították, melyik mennyivel rövidíti meg az ember életét. Az eredmény talán meglepő: a nőtlenség 3500 napot, 30 százalék súlyfelesleg 1300, a szegénység 700, a cukorbetegség 95, az orvosi röntgensugárzás hat, a diétás italok két napot vesznek el az életünkből. Egy atomenergia-ellenes csoport számításai szerint a reaktorbalesetek két nappal, atomipari szakértők szerint viszont csupán fél órával rövidítik várható élettartamunkat – nyugtatta meg hallgatóságát Jéki László.
(Az írás Jéki László előadásának összefoglalója, szerkesztett változata.)
Az előadás megtekinthető november 23-án (szombaton) a Duna Televízióban 13.10-től, november 24-én (vasárnap) 13.00-tól az mtv m1-es csatornáján, valamint 22.50-től az M2-n. A Mindentudás Egyetemének következő előadása december 2-án 19.30-kor kezdődik a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem informatikai épületének B28-as előadójában (Budapest XI., Magyar tudósok körútja 2/B).
Az előadások teljes szövegét a hozzászólásokkal és a vitával együtt a www.mindentudas.hu honlapon találják meg az érdeklődők.
Tour de France
A szakaszgyőztest megbüntették, egyre nagyobb a balhé Pogacar és a rivális között
