Czy napromieniowanie powoduje radioaktywność?

Jest to jeden z bardziej powszechnych mitów związanych z promieniowaniem jonizującym. A nawet nie tyle mitów, co niedomówień. Generalnie z nauką, w przeciwieństwie do pseudonauki, jest taki problem, że rzadko daje kategoryczne, jednoznaczne odpowiedzi. Zwykle wymaga przedstawienia układu odniesienia, warunków koniecznych, przyjętych założeń itp. Przeciętnego Kowalskiego takie dywagacje nudzą, opóźniają dojście do sedna sprawy. On chce wiedzieć - coś co jest napromieniowane będzie radioaktywne czy nie?

Naukowiec powie - zależy jakim rodzajem promieniowania i jakich materiałów. Jeżeli za promieniowanie jonizujące uznamy promieniowanie gamma, mające charakter falowy, czyli najbliższe potocznemu wyobrażeniu o promieniowaniu jako energii, to napromieniowanie nim nie wywoła radioaktywności wtórej. Dzięki temu żywność napromieniowywana dawkami rzędu tysięcy grejów nie staje się radioaktywna - nie ma takiej fizycznej możliwości. To samo dotyczy promieniowania rentgenowskiego, które od gamma różni się miejscem powstawania, ale ma taką samą naturę. Oczywiście, promieniowanie, które jest przekazem energii, może zmienić strukturę materii, dlatego też np. szkło ciemnieje od bardzo dużych dawek promieniowania (tysiące rentgenów), ale to inna historia.
Wywołanie radioaktywności substancji nieradioaktywnej (aktywacja) możliwa jest za pomocą promieniowania alfa, beta lub neutronów. Jest to również promieniowanie jonizujące, ale o charakterze korpuskularnym - promieniowanie alfa to strumień jąder helu (dwa protony, dwa neutrony), beta - strumień elektronów, neutrony to cząstki elementarne pozbawione ładunku elektrycznego. Napromieniowywanie cząstkami alfa różnych substancji przyczyniło się do odkrycia radioaktywności sztucznej przez Irenę i Fryderyka Joliot-Curie. Pamiętajmy jednak o małym zasięgu cząstek alfa, który w powietrzu wynosi zaledwie kilka centymetrów, a w innych materiałach ułamki milimetra. Ogranicza to stopień aktywacji materiałów, szczególnie że cząstki muszą mieć odpowiednią energię. Większy zasięg, też zależny od energii, mają elektrony, czyli cząstki beta. Największe jednak zagrożenie, jeżeli chodzi o aktywację, powodują neutrony. Nie mając ładunku elektrycznego nie oddziałują tak silnie z materią jak cząstki alfa i beta, stąd trudno się przed nimi osłonić. W zderzeniach z jądrami ciężkimi mogą tworzyć izotopy promieniotwórcze, np. napromieniowanie neutronami naturalnego kobaltu tworzy radioaktywny kobalt-60 o czasie półrozpadu 5,7 lat. Neutrony powstają w wyniku rozszczepienia jąder pierwiastków ciężkich (uran, pluton), jak również w wyniku reakcji między cząstką alfa a jądrem pierwiastka lekkiego, np. berylu, stąd najpopularniejsze laboratoryjne źródła neutronów to polonowo-berylowe (polon jest wydajnym emiterem cząstek alfa). Wracając do aktywacji, także napromieniowanie protonami może tworzyć izotopy radioaktywne, czego najlepszym przykładem jest powstawanie węgla C-14 w górnych warstwach atmosfery pod wpływem promieniowania kosmicznego. Protony to cząstki elementarne mające ładunek dodatni - pojedynczy proton jest jądrem wodoru lekkiego (protu, H). W życiu codziennym trudno mieć z nimi do czynienia, jeśli nie pracujemy przy akceleratorze albo nie latamy samolotami na bardzo dużych wysokościach (że o statkach kosmicznych nie wspomnę).

***

Jeżeli chodzi o promieniowanie gamma, to możliwość aktywacji tym promieniowaniem wprawdzie występuje na zasadzie tzw.reakcji fotojądrowej [LINK], ale tylko przy bardzo wysokich energiach promieniowania (nie mylić z mocą dawki!), powyżej 10 MeV, niespotykanych w codziennym życiu. Absorpcja takiego wysokoenergetycznego kwantu gamma powoduje emisję protonu lub neutronu oraz powstanie radioizotopu a i tak powstają wtedy izotopy krótkożyciowe lub o małej aktywności właściwej. Wszystkie radioizotopy, zarówno naturalne, jak i sztuczne, mają energię promieniowania nieprzekraczającą 3 MeV, przy czym większość nie przekracza 1,5 MeV. Temat energii promieniowania oraz reakcji fotojądrowych rozwinę w osobnych notkach. Tutaj tylko nadmienię, że używane do radiacyjnej sterylizacji żywności izotopy mają energię znacznie poniżej progu aktywacji: cez-137 - 0,662 MeV, kobalt-60 - 1,25 MeV.

***

Pamiętajmy też, że większość promieniowania mogącego dokonać aktywacji jest łatwa do wyekranowania - alfa nawet kartką papieru, beta osłoną z lekkiego metalu. Z kolei bardzo przenikliwe promieniowanie gamma, mogące pokonać nawet beton czy ołów - nie powoduje aktywacji, jeżeli ma energię taką, jak naturalne i sztuczne izotopy. Jeżeli chodzi o neutrony, to występują jedynie w reaktorach atomowych i podczas wybuchów bomb jądrowych, w codziennym życiu bardzo trudno mieć z nimi do czynienia. Tym bardziej protony, które poza akceleratorami występują jedynie w promieniowaniu kosmicznym, przed którym chroni nas atmosfera i magnetosfera.

Wracając zatem do przedmiotowego pytania, odpowiedź brzmi - w przypadku niektórych materiałów napromieniowanych promieniami alfa, beta, neutronami, protonami lub wysokoenergetycznymi kwantami gamma. Do dziś pamiętam przerażenie koleżanki z pracy, której pokazałem kieszonkowy radiometr, będący niegdyś własnością IBJ. "Czyli on jest napromieniowany?!" - spytała, robiąc oczy jak spodki. Napromieniowany to i owszem, tak jak wszystko w naszym otoczeniu, co podlega działaniu promieniowania naturalnego, a dodatkową dawkę otrzymał mierząc moc dawki od różnych źródeł, ale na pewno nie jest aktywowany, czyli nie emituje promieniowania. Mógłby najwyżej zostać skażony - różnice między skażeniem a napromieniowaniem wyjaśniłem w osobnej notce [LINK].

Mit "napromieniowania" dotyczy także innych rodzajów promieniowania, nie tylko jonizującego. Kiedyś suszyłem grzyby używając w tym celu tylnej części monitora CRT, który grzał jak piec, i również usłyszałem, że te grzyby są szkodliwe, bo "napromieniowane".

Ostatnie porównanie dla nieprzekonanych  -  porównanie do światła widzialnego - przedmiot oświetlony nie zaczyna świecić, jeśli wyłączymy źródło światła (za wyjątkiem farb okresowego świecenia). Tak samo przedmiot ogrzany nie zaczyna sam grzać, choć przez jakiś czas może być ciepły - nie powstają jednak w nim ośrodki wytwarzające ciepło.