Zwalczamy mity - nie zawsze promieniowanie jonizujące objawia się poprzez świecenie światłem widzialnym!

Światło widzialne czasem towarzyszy rozpadom promieniotwórczym, natomiast jest bardzo wiele materiałów, które świecą, choć nie promieniują, jak również promieniotwórczych, lecz nie wykazujących świecenia światłem widzialnym. Można kategorycznie stwierdzić, że emisja światła widzialnego nie jest immanentną cechą wszystkich materiałów promieniotwórczych, choć takie jest potoczne mniemanie o promieniowaniu jonizującym i radioaktywności.

Przeanalizujmy parę przykładów.

Pierwiastek rad wziął swą nazwę od łac. radius (promień), gdyż pierwsze wyizolowane przez małżonków Curie próbki emitowały niebieskawą poświatę. Później okazało się, że to współwystępujący z nim polon emituje owo światło na skutek wzbudzenia otaczających próbkę atomów. Podobne światło emitował chlorek cezu o aktywności 1375 Ci, znajdujący się w ukradzionym ze szpitala w Goianii źródle do radioterapii [LINK]. Rozbłysło ono także podczas wypadku z "Diabelskim Rdzeniem" w Los Alamos, kiedy przypadkowo przekroczono masę krytyczną plutonu-239 i doszło do lawinowej reakcji rozszczepienia, przerwanej w porę, lecz kosztem ofiar śmiertelnych.

Sole radu wykorzystywano do produkcji farb świecących, stosowanych w zegarkach, zegarach, przyrządach lotniczych, a także wielu innych przedmiotach, szczególnie podczas "radowego szaleństwa". W tym celu związki radu mieszano z siarczkiem cynku, który działał jak scyntylator, emitując błyski światła pod wpływem promieniowania. Wielka aktywność właściwa radu - w 1 g w ciągu sekundy dochodzi do 3,66 miliarda rozpadów promieniotwórczych* - zapewniała stałe, silne świecenie. Pod mikroskopem podobno można było nawet dojrzeć poszczególne błyski. Niestety farby dość szybko traciły zdolność świecenia z powodu niszczenia struktury krystalicznej siarczku cynku pod wpływem silnego promieniowania radu.  Sam rad, mający czas połowicznego rozpadu 1600 lat, jeszcze długo pozostanie radioaktywny, zatem zegary i inne przyrządy z farbą radową nadal są promieniotwórcze, choć od wielu lat nie świecą światłem widzialnym.

Obecnie, w miejsce silnie radioaktywnych farb radowych stosuje się farby okresowego świecenia . Wymagają one naświetlenia światłem widzialnym, a następnie przez pewien czas świecą, oddając zgromadzoną przedtem energię. Stosuje się je w tańszych zegarkach i kompasach, różnych zabawkach, tabliczkach oznaczających drogi ewakuacyjne itp. Gdy jednak niezbędne jest stałe źródło światła, niewymagające okresowego naświetlania, stosuje się tryt, czyli superciężki izotop wodoru. Emituje bardzo słabe promieniowanie beta (18 keV),  łatwe  do zatrzymania cienką warstwą szkła i plastiku. Promieniowanie to powoduje świecenie luminoforu, którym pokryta jest wewnętrzna powierzchnia pojemnika z trytem. Czyli znowu, promieniowanie nie "świeci" samo z siebie, a jedynie jest powodem świecenia innej substancji. Niestety krótki czas półrozpadu trytu (12,33 lat) sprawia, że źródła te są mało trwałe. Podobnie zresztą, jak w przypadku farb radowych, szybciej zużywa się luminofor niż następuje rozpad izotopu. Więcej na ten temat w notce o trytowych breloczkach [LINK] 

W innych farbach świecących wykorzystywano również stront-90 oraz promet-147, nie były jednak tak popularne jak rad i tryt. Promet stosowano m.in. w celownikach do granatników M72 LAW [LINK]. Źródła trytowe są niestety dość drogie, zatem używa się ich raczej w zegarkach z wyższej półki oraz w zastosowaniach wojskowych, głównie w celownikach broni palnej czy kompasach. Przykładem może być amerykański kompas Cammenga 3H oraz celownik nocny do karabinków Beryl wz. 96, omawiane w notce o trycie [LINK].

***

Innym przypadkiem, kiedy promieniowanie "świeci" jest sytuacja , gdy cząstki posiadające masę i ładunek (np. elektrony) osiągają prędkość większą niż prędkość fazowa światła w danym ośrodku materialnym (wodzie, powietrzu). Pojawia się wtedy niebieskawa poświata, zwana promieniowaniem Czerenkowa. Zjawisko to jest analogiczne do „grzmotu dźwiękowego” podczas przekraczania przez obiekt prędkości dźwięku. Zaznaczam, że chodzi o prędkość fazową światła w konkretnym ośrodku, która zawsze będzie niższa niż prędkość światła w próżni (c). W Polsce można zaobserwować promieniowanie Czerenkowa w wodzie chłodzącej reaktor „Maria” w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku. Występuje ono w większości reaktorów z moderatorem wodnym.

Promieniowanie Czerenkowa można pomylić ze wzbudzeniem atomów powietrza, o którym wspomniałem w pierwszym przykładzie.

***

Niektóre pierwiastki promieniotwórcze (pluton, kiur) rozgrzewają się do wysokich temperatur pod wpływem własnego promieniowania. Ciepło powstaje na skutek absorpcji energii cząstek emitowanych przez dany izotop w jego objętości. Jeśli energia cząstek jest duża, a do tego powstaje ich znaczna ilość na jednostkę masy, może nawet dojść do rozżarzenia się próbki. W przypadku plutonu-238 wydziela się 0,568 wata ciepła na każdy gram. Aktywność 1 g Pu-238 wynosi aż 634 GBq, czyli 173x więcej niż radu. Gęstość plutonu wynosi 19,3 g/cm3, zatem objętość 1 g to zaledwie 0,05 cm3. Policzcie sami, ile ciepła wydzieli się w pastylce o wymiarach 5x10 cm i wadze 1,44 kg [LINK]. Generowanie ciepła przez plutin wykorzystuje się w radioizotopowych generatorach termoelektrycznych (RTG, nie mylić ze skrótem zdjęcia rentgenowskiego), zasilających np. sondy kosmiczne. Działają one na takiej zasadzie, że jeden koniec złącza dwóch metali jest ogrzewany przez źródło, a drugi chłodzony w przestrzeni kosmicznej, co powoduje powstanie różnicy potencjałów.

https://www.flickr.com/photos/lyonsnate/10365851645/in/photostream/

Niektóre pierwiastki radioaktywne wykazują fluorescencję w świetle UV. Najbardziej znane jest świecenie uranu, zarówno w postaci minerałów, jak i szkła uranowego. Nie jest to jednak cecha wszystkich minerałów uranu, nie wykazuje jej np. uraninit.

Zresztą wiele substancji fluoryzuje w ultrafiolecie, zarówno nieorganicznych, jak i organicznych. Z minerałów będzie to:

• fluoryt, 
• aleksandryt, 
• kalcyt, 
• rubin (choćby rubinowe łożyska w mechanicznym zegarku),

Ze związków organicznych warto wspomnieć takie substancje, jak:

• luminol (nie mylić z luminalem!), 
• fluoresceina, 
• hemoglobina (co wykorzystuje się w kryminalistyce)
• mleczan etakrydyny, znany jako... Rivanol.
• nalot na kiszonych ogórkach

Zatem, podsumowując, promieniowanie bardzo rzadko oznacza świecenie światłem widzialnym. Ale pogląd ten jest na tyle utarty, że nawet między sobą fizycy czy dozymetryści mówią o "świeceniu" danej próbki czy źródła, mając na myśli jego radioaktywność. Błędne jest też twierdzenie, że ktoś napromieniowany „będzie świecił”, dochodzi tu drugi mit, czyli przekonanie, że substancja napromieniowania stanie się radioaktywna. Z mitem tym rozprawiłem się w innej notce [LINK]. 

Ale wiele wody w Wiśle upłynie, zanim zapomni się poczarnobylskie dowcipy:

- Co to jest: jedzie na rowerze i świeci?
- Kolarz z 39. Wyścigu Pokoju!**

- Dlaczego władze USA nie przyjęły śpiworów dla bezdomnych przysłanych z Polski?
- Bo świecą w nocy***.

- Mamusiu, dlaczego ta zupka świeci?
- Bo to barszczyk ukraiński synku.

- Ile osób potrzeba w Czarnobylu, by zmienić żarówkę?
- Ludzie, którzy świecą w ciemności, nie potrzebują żarówek


_______________

* Aktywność 1 grama radu, oszacowana pierwotnie na 3,7*10^10 rozpadów w ciągu sekundy, została przyjęta jako wzorzec dla jednostki zwanej kiurem na cześć małżonków Piotra i Marii Skłodowskiej-Curie. Obecne badania zweryfikowały ten wynik (3,66*10^10). Kiur, będący dużą jednostką, jest nadal używany do określania wielkości skażenia dużych powierzchni podczas wypadków radiacyjnych (w Czarnobylu skażenie poszczególnymi radionuklidami liczono w kiurach na kilometr kwadratowy, a łączny opad w megakiurach). Więcej w notce o jednostkach aktywności [LINK]

** Pomimo skażenia promieniotwórczego wywołanego katastrofą w Czarnobylu 39. Wyścig Pokoju odbył wg planu, choć większość ekip zachodnich wycofała się, by nie narażać zdrowia sportowców. Polskich kolarzy zmuszono do uczestnictwa w wyścigu pod groźbą wyciągnięcia konsekwencji, jednocześnie mydląc oczy słowami o "wielkiej sprawie narodowej" i dając niedwuznaczne aluzje do kosztów, poniesionych przez państwo na wyszkolenie sportowców. Mieli własnym zdrowiem zaświadczyć, że w czarnobylskiej elektrowni przydarzyła się jedynie drobna awaria, co było tym  bardziej perfidne, gdyż jeden z etapów zaczynał się w Kijowie. W tym mieście niedługo po awarii moc dawki w powietrzu osiągnęła 80 µSv/h (w Polsce średnio 1, najwyżej 4,5).

*** W odpowiedzi na propozycję pomocy ze strony USA przy ograniczaniu zagrożenia wywołanego katastrofą w Czarnobylu rzecznik rządu PRL zaproponował wysłanie do Nowego Jorku transportu śpiworów dla tamtejszych bezdomnych. Był to jawny gest obelgi wobec oferującego pomoc państwa.