Czy promieniowanie wywołuje mutacje?

Temat mutacji wywołanych promieniowaniem pojawia się jak cień, ilekroć poruszana jest kwestia radiacji. Mutacje popromienne są jedną z najważniejszych przyczyn lęku przed promieniowaniem z racji ich przerażającej formy i oddalenia w czasie od napromieniowania, a także niewykrywalności promieniowania przez nasze zmysły. Wszystko oczywiście przy akompaniamencie popkultury, epatującej wizerunkami popromiennych zombie oraz niewiadomego pochodzenia fotografiach, mających przedstawiać dzieci zdeformowane po katastrofie w Czarnobylu.

Wiedzę przeciętnego Kowalskiego na temat promieniowania jonizującego można podsumować w ten sposób: napromieniowany obiekt sam promieniuje [mit nr 1] i/lub świeci światłem widzialnym [mit nr 2], a od narażenia na promieniowanie może wyrosnąć druga głowa lub trzecia ręka. Od razu albo po krótkim czasie [mit nr 3].

Zerknijmy więc na fakty.

Mutacje, czyli nagłe, skokowe zmiany materiału genetycznego komórki, występują stale, w jednej komórce codziennie może mieć miejsce i milion mutacji (!). Zwykle mają charakter losowy, na skutek błędów polimerazy DNA. Przede wszystkim, nie wszystkie są szkodliwe, niektóre mogą być neutralne lub nawet korzystne z punktu widzenia ewolucji, ale tych jest akurat mniejszość. Mutacje mogą też zostać wywołane przez czynniki środowiskowe, tzw. mutageny. Do mutagenów zalicza się wiele substancji chemicznych, zarówno organicznych (dioksyny, aflatoksyny), jak i nieorganicznych (dwuchromian potasu, kadm, arsen)*, a także czynniki fizyczne, w tym promieniowanie jonizujące, ultrafioletowe oraz działanie temperatury (tak, np. częste picie gorących napojów może wywołać raka krtani). W przypadku promieniowania działanie szkodliwe polega na powodowaniu poprzecznych pęknięć całych chromosomów, których następnie mogą się łączyć odwrotnymi końcami lub z innymi chromosomami, albo nie łączyć wcale. Promieniowanie może niszczyć DNA przez bezpośrednie działanie na jego nić:

https://teachnuclear.ca/all-things-nuclear/radiation/biological-effects-of-radiation/effects-of-ionizing-radiation-on-dna/

Może również uszkadzać je w sposób pośredni, dokonując najpierw rozkładu (radiolizy) wody. Powstają wówczas jony i rodniki, które następnie atakują DNA:

https://teachnuclear.ca/all-things-nuclear/radiation/biological-effects-of-radiation/effects-of-ionizing-radiation-on-dna/

W większości wypadków uszkodzenie genomu jest od razu naprawiane przez specjalne mechanizmy. Jeżeli uszkodzenie jest poważne, komórka powinna wkroczyć na drogę apoptozy, czyli zaplanowanego "samobójstwa". W ten sposób organizm broni się przed dopuszczeniem do rozmnażania uszkodzonych komórek.

https://www.medme.pl/artykuly/apoptoza-co-to-jest-i-jakie-ma-znaczenie,67841.html

Jeśli apoptoza nie nastąpi i komórka z uszkodzonym genomem zacznie się namnażać, może dojść do powstawania zmian nowotworowych, ale i to nie zawsze - zależy jaki organ jak długo był napromieniowywany jaką dawką u jakiego osobnika [LINK]. Jeśli zaś zmiany dotyczą komórek rozrodczych - mogą powstać mutacje u potomstwa. Warto to rozgraniczyć.

W potocznym odczuciu mutacja popromienna, prowadząca do powstania przerażających "mutantów", ma miejsce po napromieniowaniu dowolnego osobnika - zwykle dorosłego lub młodocianego. Faktycznie jednak napromieniowanie w takim przypadku może wywołać jedynie chorobę popromienną [LINK] lub, przy mniejszych dawkach, odroczone w czasie zmiany nowotworowe. Aby powstał wspomniany "mutant" w potocznym tego słowa znaczeniu, napromieniowaniu musiałyby ulec komórki rozrodcze bądź płód w pierwszych miesiącach ciąży. I nawet wtedy ów mutant odbiega znacznie od potocznych wyobrażeń znanych z filmów i gier komputerowych. Pamiętajmy też, że działanie teratogenne (dosł. "tworzące potwory") poza promieniowaniem jonizującym ma bardzo wiele substancji chemicznych, zwłaszcza leków [LINK]. 

Jednym z najbardziej znanych przykładów działania teratogennego była sprawa leku o nazwie Talidomid. Był przepisywany kobietom w ciąży jako lek na nudności, nie wiedziano jednak, że powoduje niedorozwój kończyn u płodu. Na 15 tys. ciąż kobiet stosujących ten lek donoszonych zostało 12 tys., a spośród urodzonych wówczas dzieci 4 tys. zmarło przed ukończeniem 1 roku życia. Pozostałe ofiary przeżyły i w większości dożyły wieku dojrzałego, korzystając z różnego rodzaju protez, wspomagających szczątkowe kończyny. Jak widać, skutki mutacji, niezależnie od czynnika, który je wywołał, są śmiertelne albo na etapie zarodkowym/płodowym, albo w pierwszym okresie samodzielnego życia. Zwykle, jeśli mutacja jest poważna, organizm próbuje sobie radzić z tymi uszkodzeniami, eliminując wadliwe zarodki już na starcie. Nawet w warunkach normalnych 30% pierwszych ciąż kończy się poronieniem, bez udziału szkodliwych czynników zewnętrznych. Po prostu organizm widzi, że ten zarodek "nie udał się" z przyczyn losowych, więc pozbywa się go, aby przygotować się do następnej próby. Najczęściej dochodzi do tego na najwcześniejszym etapie ciąży, nawet jeszcze przed jej stwierdzeniem.

Oczywiście, czasem te mechanizmy nie zadziałają i rodzą się dzieci z poważnymi wadami wrodzonymi. Ale znów - rodziły się zawsze, jeszcze przed epoką nuklearną, i rodzą się nadal, choć aktualnie opad poczarnobylski stanowi zaledwie 0,5% tła promieniowania w Polsce. Zerknijmy na statystyki wad wrodzonych - pod ręką akurat miałem z województwa pomorskiego z lat 2003-2005:

Jeżeli zaś chodzi o przyczyny takich wad, to zwykle są złożone, i bezpośrednie czynniki środowiskowe stanowią zaledwie 7-10%. W większości przypadków przyczyna jest nieznana lub złożona - czyli promieniowanie może, ale nie musi się przyczyniać do powstania wad wrodzonych:

Źródło - https://www.pum.edu.pl/__data/assets/file/0019/59212/WLA_2013_I-_cz.pdf

Po awarii w Czarnobylu, gdy nad Polskę przesunęły się fale skażonego powietrza, ponoć zaobserwowano zwiększenie liczby narodzin dzieci z wadami. Trudno jednak zweryfikować tą informację z uwagi na działalność cenzury i braki w statystykach. Na pewno jod i cez znad Czarnobyla nie pozostały bez wpływu na rodzące się wówczas dzieci, jednak oddalenie Polski i względnie krótki czas narażenia osłabiły niekorzystne skutki, w porównaniu np. z terenami Ukrainy i Białorusi. Pamiętajmy też, że terytorium Polski nie zostało równomiernie pokryte opadem radioaktywnym z Czarnobyla, najsilniej ucierpiał rejon Opola, tzw. anomalia opolska:

Więcej na temat dystrybucji czarnobylskich skażeń wraz z mapami napisałem w osobnej notce - [LINK] Poniżej porównanie dodatkowej dawki otrzymanej po awarii przez ludność poszczególnych państw Europy:

https://www.focus.pl/artykul/skutki-zdrowotne-awarii-w-czarnobylu

Wracając do samego wpływu radiacji na ciążę pamiętajmy też, że wrażliwość płodu na radiację jest największa w pierwszym trymestrze, później znacznie się zmniejsza. Stąd też zaawansowane ciąże były mniej narażone niż wczesne. Fala paniki wywołanej czarnobylską katastrofą spowodowała jednak masowe aborcje "na wszelki wypadek", przy dużej zachęcie środowiska lekarskiego, tak w Polsce, jak i na większą jeszcze skalę w ZSRR. Były to działania nieuzasadnione, powodowane m.in. widmem "mutantów popromiennych". Trudno się jednak dziwić wobec blokady informacyjnej, która sprzyjała szerzeniu się różnego rodzaju plotek i pogłosek. W takich warunkach wystarczą jedne narodziny dziecka z drobną wadą, która co jakiś czas występowała od wieków, by po ubarwieniu przez kilku opowiadaczy całe miasto szeptało o "dwugłowym dziecku z ośmioma nogami". Mechanizm tworzenia się plotek, a z nich - legend miejskich - został już dość dokładnie przebadany (pamiętacie "złodziei nerek", "porywaczy dzieci w supermarketach" czy wcześniejsze "czarne wołgi"?). Oczywiście bierzmy też pod uwagę tendencję do zrzucania na Czarnobyl wszystkich zaburzeń rozwojowych u dzieci po 1986 r. , choć jak wykazałem wcześniej, mutacje mogą powstawać zupełnie spontanicznie albo na skutek kontaktu z wieloma innymi czynnikami środowiskowymi. Jest to oczywiście psychologicznie wytłumaczalne - łatwiej pogodzić się z sytuacją, gdy jest jeden konkretny "winny" zamiast nieokreślonych "czynników losowych", szczególnie jeśli wada jest poważna czy wręcz śmiertelna.

W przypadku mutacji popromiennych niestety często dochodzi do manipulacji ze strony środowisk antyatomowych, które twierdzą, że na skutek awarii w Czarnobylu narodziły się "miliony" zdeformowanych dzieci ze wszelkimi możliwymi wadami. Rewelacje te są popierane niezweryfikowanymi, ale drastycznymi fotografiami i wywołują ostry sprzeciw środowisk naukowych. Przykładem takiego filmu jest "Igor, dziecko Czarnobyla", którego treść zakwestionowali uczeni z UNSCEAR:

„W normalnej populacji pojawia się stale od około 4 do 6 % anomalii rozwojowych, z których od 1.5 do 3 % należy do ciężkich. W Republice Federalnej Niemiec np. na 10 tys. noworodków rodzi się 73 dzieci z deformacjami kończyn, 38 z zajęczą wargą, 15 z rozszczepieniem kręgosłupa, 3 z deformacjami oczu, 36 z wadami rozwojowymi mózgu i 14 z zespołem Downa. Takie dzieci, jak pokazane w filmie Igor - dziecko Czarnobyla, można znaleźć na całym świecie w każdym mieście wielkości Mińska.” - List Otwarty do Krajowej Rady Radiofonii i Telewizji, "Wiedza i Życie" nr 3/1998  http://archiwum.wiz.pl/1998/98032800.asp Cyt. za: https://www.focus.pl/artykul/skutki-zdrowotne-awarii-w-czarnobylu?page=3

Zerknijmy zatem jeszcze na Hiroszimę, gdzie można byłoby się spodziewać istnej epidemii wad wrodzonych u dzieci z racji silnego napromieniowania ich matek przez eksplozję "Little Boy'a".  Japońscy i amerykańcy uczeni przez wiele lat prowadzili badania nad urodzonymi wówczas dziećmi. Na 65431 ciąż wystąpiły 594 przypadki martwych urodzeń, poważnych deformacji itp., czyli 0,91 %. Dla porównania w Tokio, które było całkowicie poza zasięgiem radiacji, procent ten wyniósł 0,92. Badania były prowadzone wiele lat, aby wykryć ewentualne wady, które uaktywniają się w późniejszym wieku i nie zauważono znaczącego wzrostu częstotliwości wad tego typu. Więcej na ten temat:
https://www.rerf.or.jp/en/programs/roadmap_e/health_effects-en/geneefx-en/birthdef/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK234251/

Czyli, podsumowując, promieniowanie może wywołać mutację, ale nie tylko ono, bo czynników jest mnóstwo w naszym otoczeniu, i na szczęście organizm potrafi sobie z nimi do pewnego stopnia radzić. Niestety pewnych czynników nie przeskoczymy, gdyż dystrybucją wad wrodzonych rządzi przede wszystkim statystyka.

***

I ostatnia kwestia w sprawie mutacji. Szkodliwe mutacje, w tym popromienne, zwykle poważnie ograniczają zdolność do funkcjonowania danego osobnika, zatem popkulturalny obraz groźnego mutanta o ogromnej sile należy włożyć między bajki. Nawet jeśli mutacje są korzystne z ewolucyjnego punktu widzenia, to nie pojawiają się od razu i nie w takiej skali. Po prostu geny mutują w sposób losowy, część tych zmian zmniejsza szanse przeżycia osobnika, część jest neutralna, część zwiększa szanse na przetrwanie i rozmnożenie się. Stąd potomstwo wydają głównie osobniki najlepiej przystosowane i w kolejnych pokoleniach dana cecha ulega wzmocnieniu. Geny jednak mutują cały czas, i choć jedna cecha zwiększa przeżywalność, nagle może pojawić się mutacja, która przeżywalność zmniejszy. Stąd też gwałtowne przekształcenie jaszczurki w Godzillę pod wpływem napromieniowania nie mogłoby mieć miejsca. Tak samo jak powstanie Wojowniczych Żółwi Ninja na skutek oblania małych żółwików nieznanym mutagenem. Wspomniane zwierzęta mogłyby oczywiście wydać zmutowane potomstwo, jednak raczej nie przeżyłoby ono zbyt długo, szczególnie w warunkach naturalnych. Zmiany wywołane przez mutacje, zarówno spontaniczne, jak i spowodowane przez czynniki zewnętrzne, powstają bardzo powoli i potrzeba wielu pokoleń danego gatunku, aby znacznie zwiększyć masę mięśniową i gabaryty. Jest to oczywiście wyjątkowo nośny temat i świetny materiał na film, jednak przyczynia się do rozpowszechnienia bardzo fałszywego poglądu na promieniowanie i jego skutki.


--------------------------------------------------------------

* Pełny urzędowy wykaz substancji mutagennych można znaleźć na stronie Instytutu Medycyny Pracy  -http://www.imp.lodz.pl/home_pl/o_instytucie/reg_and_databases/prof_and_env_carcenogenesi/

Dozymetr osobisty GammaRae II R

Kolejna bardzo ciekawy dozymetr recenzowany przez Maćka. Mierniki scyntylacyjne nie są zbyt popularne w Polsce, zatem czym prędzej oddaję głos Autorowi:

Tym razem prezentuję dozymetr osobisty amerykańskiej firmy RAE Systems. Model ten został wycofany z oferty w 2019 r. Przeznaczony jest do rejestracji wyłącznie promieniowania gamma. Urządzenie ma wymiary 12.5x6.8x3.5cm i z dwiema bateriami AA (popularny paluszek) waży ok. 312g. Jest to konstrukcja hybrydowa wykorzystująca do detekcji promieniowania kryształ scyntylacyjny Cs(Tl) o objętości 3 cm3, który przeznaczony jest dla niższego zakresu mocy dawek oraz kompensowaną energetycznie diodę półprzewodnikową PIN dla wyższego zakresu mocy dawek (niestety producent nie podaje wartości tych zakresów; dla wersji z detektorem neutronów i mniejszym kryształem jest to 200µSv). Dozymetr jest czuły na kwanty o energiach od 60 keV do 3 MeV i rejestruje moc dawki od 0.01 µSv/h do 6 Sv/h . Czułość scyntylatora to ok. 100cps (zliczeń na sekundę) na 1µSv/h i reaguje on na zmiany poziomu promieniowania w niecałe 2 sekundy. Obudowa dozymetru pokryta jest przyjemną w dotyku gumą, jest odporna na upadki z wysokości do 1.5 m, jest też pyło- i cieczoszczelna w klasie IP67*. Dozymetr może pracować w temperaturach od -20 do 50 st. C.

Na górnej ściance znajdują się: 

• Monochromatyczny wyświetlacz LCD o wymiarach 30.5x19 mm
• Alarmowe diody LED i czujnik oświetlenia dla trybu automatycznego podświetlenia

Na przedniej ściance znajdują się:

• Przyciski MODE i SET służące do obsługi
• Głośnik w kształcie „koniczynki”
• Logo producenta

Na bocznej ściance znajduje się pokrywka komory dwóch baterii AA przykręcana śrubką.

Opisywany egzemplarz to tzw. „leżak magazynowy” kupiony na portalu Ebay. W zestawie znajduje się dozymetr, klips do paska, łańcuszek na nadgarstek, klucz imbusowy do odkręcania pokrywki baterii, instrukcja i płyta z oprogramowaniem.

Po włączeniu przez kilkadziesiąt sekund dozymetr sprawdza poprawność działania poszczególnych podzespołów oraz dokonuje „kalibracji” w oparciu o promieniowanie tła. Następnie pojawia się ekran z wartością pomiaru i symbolami graficznymi informującymi o statusie urządzenia. Konfiguracji można dokonywać z poziomu menu lub korzystając z dołączonego oprogramowania. Komunikacja z komputerem odbywa się poprzez Bluetooth. Można ustawiać m.in. wyświetlane jednostki (µR, µSv, cps), progi alarmowe, włączać w dowolnej konfiguracji alarmy spośród trzech typów (dźwiękowy, świetlny, wibracyjny), obracać widok ekranu w zależności jak trzymany jest dozymetr, podświetlenie, czas i datę. 

Alarmy można ustawić dla m.in. niskiej/wysokiej mocy dawki, otrzymanej dawki, przekroczenia krotności poziomu tła. W trybie wyświetlania przyjętej dawki jesteśmy dodatkowo informowani jak długo bezpiecznie możemy przebywać w danych warunkach. Dozymetr może również rejestrować pomiary w zadanych odstępach czasu (1-3600 s) w sposób ciągły lub po przekroczeniu wartości alarmowej. Wbudowana pamięć pozwala na rejestrację 30000 pomiarów, a po jej zapełnieniu zapis może zostać wstrzymany lub kontynuowany poprzez nadpisywanie najstarszych wartości. Czas pracy na dwóch bateriach alkalicznych w zależności od konfiguracji wynosi do 600 godzin. Mnie na pierwszym komplecie przy dość intensywnym początkowym testowaniu udało się osiągnąć równe 3 tygodnie (500 godzin).

Jeśli chodzi o pomiary to dozymetr nie reaguje na ameryk z czujki dymu i bardzo słabo nawet na wysoko aktywne szkło uranowe. Natomiast błyskawicznie reaguje na farbę radową czy koszulki Auera.

Miernik ze względu na czułość znakomicie nadaje się do poszukiwania lub ostrzegania przed źródłami promieniotwórczymi i szybkich, dokładnych pomiarów zwłaszcza niższych poziomów mocy dawek. Rozmiar i waga mogą zniechęcić niektórych do noszenia go na co dzień. Do wszystkomającego ideału zabrakło mu czułości na niższe energie, np. od 30-35 keV oraz funkcji identyfikacji mierzonych źródeł.

Na deser GammaRae II R w otoczeniu rówieśników oraz starszych kolegów:

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

* klasa ta oznacza: 6 - całkowitą ochronę przed kurzem, 7 -  odporność na zanurzenie w wodzie do głębokości 1 m [LINK], ale tylko przez czas krótszy niż pół godziny [LINK], jeżeli urządzenie ma być używane dłuższy czas pod wodą, konieczna jest klasa IP-68 [przyp. red.]

Szkolny indykator promieniowania "Elektrodieło" z 1959 r.

http://forum.rhbz.org/topic.php?forum=2&topic=220&p=1

Omawiałem już "laboratoryjny licznik cząstek jonizujących" wyprodukowany w tych samych zakładach w 1968 r. [LINK]. Teraz chciałbym przedstawić przyrząd jeszcze prostszy i prawie dekadę starszy. Prezentowany indykator składa się łącznie z 4 elementów - szklanego licznika GM typu STS-8, dwóch kondensatorów i opornika.

http://forum.rhbz.org/topic.php?forum=2&topic=220&p=1

Prościej się już chyba nie dało! Oczywiście tak uproszczona konstrukcja wymaga zastosowania zewnętrznego zasilacza o napięciu 300-400 V oraz szkolnego generatora sygnałowego (uczebnyj zwukowoj generator) typu GZM z dołączonym głośnikiem radiowęzłowym (reproduktor) na wyjściu.

https://krsk.au.ru/11961063/

Indykator podpina się do wtyków z prawej strony (UNCz), a z lewej (wychod) głośnik. Instrukcję do generatora GZM można znaleźć TUTAJ. Poniżej oryginalna instrukcja dla indykatora promieniowania, przestrzegająca m.in. przed włączaniem przyrządu bezpośrednio do sieci prądu zmiennego 220 V:

Do zasilania można zastosować autotransformator sieciowy z podłączonym prostownikiem i filtrem. Zwykle najwyższa nastawa autotransformatora wynosi 250 V, zatem po wyprostowaniu będziemy mieć napięcie 1,41 raza wyższe - 352,5 V (pomijam niewielki spadek na prostowniku). To już wystarczy do przekroczenia napięcia progu licznika STS-8.

***

Sam licznik GM typu STS-8 przypomina nieco STS-6 / SBM-19, wykonany jest jednak ze szkła, a nie z metalu, zatem będzie miał niższą czułość na promieniowanie beta. Długość licznika wynosi 215 mm, napięcie progu 285-335 V, zalecane napiecie pracy 380-400 V, długość plateau 80 V, nachylenie plateau 0,125%/V, bieg własny 110 imp./min.

http://forum.rhbz.org/topic.php?forum=2&topic=220&p=1

Podczas pracy licznika można zaobserwować pomarańczowe rozbłyski, których częstotliwość jest wprost proporcjonalna do liczby impulsów promieniowania:

Indykator ten pokazuje, jak prosty jest układ elektroniczny zasilający licznik GM i zbierający impulsy z niego. W ZSRR służył do nauki fizyki z tematu "budowa atomu" na poziomie szkoły średniej. Nabycie oryginalnego egzemplarza w Polsce raczej nie jest możliwe, ale prostota konstrukcji pozwala na wykonanie kopii, stosującej dowolny licznik GM na napięcie między 300 a 400 V. 

Inny egzemplarz opisano pokrótce TUTAJ - do chwili obecnej natrafiłem na łącznie 3-4 sztuki w rosyjskojęzycznym internecie.

Sygnalizator przekroczenia dawki PAD-300

Przyrząd ten został wyprodukowany przez japońską firmę Riken Keiki Ltd z Tokio, specjalizującą się w różnego rodzaju miernikach narażenia na czynniki szkodliwe (gaz, hałas, promieniowanie).

PAD-300 jest sygnalizatorem przekroczenia dawki, czyli uruchamia alarm, gdy użytkownik przyjmie dawkę większą niż uprzednio nastawiony próg. Skrót nazwy rozwija się jako "personal alarm dosimeter". W Polsce podobne przyrządy produkowane były przez Zjednoczone Zakłady Urządzeń Jądrowych "Polon" - omawiane wcześniej na blogu modele ALDO-2, ALDO-3 i ALDO-10.

W porównaniu z tymi urządzeniami PAD-300 jest przyrządem pośrednim między ALDO-3 i ALDO-10 - posiada regulowany próg alarmu, ale nie ma funkcji odczytu dawki nagromadzonej podczas trwania pomiaru. Zakres mierzonych dawek między 25 a 300 mR z podziałką co 25 mR.

Sygnalizator wykorzystuje kondensator sprzęgnięty z komorą jonizacyjną. Promieniowanie powoduje jonizację powietrza w komorze, przez co zaczyna ono przewodzić prąd i kondensator ulega stopniowemu rozładowaniu. Gdy rozładuje się poniżej uprzednio ustalonego progu, włącza się alarm. Podstawowa zasada działania jest taka sama jak w dozymetrach elektrooptycznych DS-50 i DKP-50, które zawierają kondensator stopniowo rozładowujący się pod wpływem radiacji.

Poniżej wnętrze PAD-300 - szary element pośrodku to komora jonizacyjna:

Płytkę drukowaną można wysunąć z obudowy albo i całkowicie zdemontować po odkręceniu śrub mocujących przedni panel do bocznych ścianek:

PAD-300 zasilany jest z rzadko spotykanej, choć niegdyś popularnej, baterii 15F20 o napięciu 22,5 V.  Gabarytami jest identyczna z typową 6F22 9 V, tylko ma bieguny na obu końcach obudowy. W komorze baterii widnieje oznaczenie BL-015 - to japoński odpowiednik, spotykane jest też oznaczenie 412 lub NEDA 215. 

Bateria taka była używana do lamp błyskowych (np. polskie "Amilux") i aparatów słuchowych. Obecnie można ją nabyć na Aliexpress [LINK], niestety trudno ją dostać w kraju.

Źródło - Battery.com

Sygnalizator próbowałem uruchomić za pomocą połączonych szeregowo dwóch bateryjek A23 (MN21) 12 V, jednak uzyskiwane natężenie prądu starczało tylko na chwilowe włączenie przyrządu. Zasilacz stabilizowany 1,5-15 V też nie dał rady, użyłem więc uniwersalnego zasilacza do laptopów o napięciach 12/15/16/18/19/20/24 V i sygnalizator uruchomił się już przy 16 V.

Aby włączyć sygnalizację potrzeba czegoś, co naprawdę mocno "świeci", np. zegara lotniczego dającego 5 mR/h, wówczas po 5 godzinach udałoby się uruchomić alarm. Krótszą drogą jest przebywanie godzinę na hali reaktora w Świerku (moc dawki 28 mR/h) albo nieco krócej we wnętrzu Chwytaka w Strefie (30-50 mR/h). Alarm resetuje się za pomocą małego przycisku umieszczonego w otworze obudowy, w tym celu należy użyć długopisu, ołówka, spinacza itp.:

Czas na podsumowanie. Obecnie przyrząd jest tylko kolekcjonerskim gadżetem, tak samo, jak jego polskie odpowiedniki z rodziny ALDO. Zakres pomiarowy jest za wysoki na typowe warunki, a nawet na Strefę czy Kowary - przy tle 5 µSv/h (0,5 mR/h) potrzeba 50 godzin, aby uruchomić najniższy próg (25 mR), a jest to już dosyć wysokie tło. Funkcję dawkomierza z alarmem progowym ma większość nowoczesnych dozymetrów np. firmy Soeks, Ecotest albo Gamma Scout, które poza tym pełnią funkcję typowych radiometrów i mają o wiele wyższą czułość. Sygnalizatory w rodzaju PAD-300 służyły w przemyśle jądrowym oraz przy likwidacji wypadków radiacyjnych, aby kontrolować czas przebywania pracowników w miejscu o podwyższonym poziomie promieniowania. Miejmy nadzieję, że w tej roli nie będziemy musieli ich używać. Na wycieczki do Strefy czy Kowar lepiej zabrać Soeksa, Terrę czy Gamma-Scouta.

PS. Szukając informacji o producencie i jego innych wyrobach znalazłem jeszcze dozymetr elektrooptyczny PD-200 (personal dosimeter - 200 mR), odpowiednik polskich DK-02:

https://www.orau.org/ptp/collection/dosimeters/riken.htm

A także ten oto miniaturowy dawkomierz SV-7, wykorzystujący wyświetlacz LCD:

https://aucfree.com/search?from=2018-05&o=t2&q=RIKEN+KEIKI&to=2018-10

Jeżeli macie jakieś informacje na temat tego przyrządu lub jego producenta, dajcie znać w komentarzach!

50 twarzy... uranu

Minerały uranu przez setki lat były traktowane jako odpady w kopalniach rud metali i składowane bezużytecznie na hałdach. Nawet po odkryciu pierwiastkowego uranu przez Martina Klaprotha w 1789 r. nie znaleziono dla niego zastosowania, choć spodziewano się je niedługo odkryć. Wkrótce  zauważono, że uranowe odpady na hałdach z biegiem czasu nabywają jaskrawych kolorów. Zaczęto je więc stosować do barwienia szkła i ceramiki. Szkło uranowe ma jasną żółtozieloną barwę,  choć domieszka związków żelaza zmienia ten kolor na wybitnie zielony. Rzadziej występują odcienie akwamaryny, ciemna butelkowa zieleń, kolor miodowy itp. - odsyłam do zbiorczej notki o szkle [LINK]. W przypadku ceramiki paleta uzyskiwanych barw jest znacznie szersza, stąd tytuł dzisiejszej notki. 

Ceramikę barwioną dodatkiem związków uranu wytwarzano od XIX w. aż do lat 60. XX w. z małą przerwą na okres II wojny światowej i kilka lat powojennych. Później powrócono do jego stosowania, choć w większości przypadków był to uran zubożony, czyli pozbawiony izotopu U-235, zawierający jedynie znacznie mniej aktywny uran-238. Nie mogę wykluczyć późniejszego stosowania tego barwnika, choć oczywiście w mniejszych ilościach z uwagi na postępującą radiofobię we współczesnym społeczeństwie.

Przyjrzyjmy się zatem poszczególnym odcieniom. Poniżej zebrałem wszystkie naczynia z polewą uranową, jakie miałem okazję badać w latach 2013-2020. Górne zdjęcie ukazuje 20 okazów z wczesnych lat istnienia bloga - do 2018 r.

Szkło uranowe - podsumowanie

O szkle uranowym napisałem już sporo w licznych notkach porozrzucanych po całym blogu, warto zatem zrobić małe podsumowanie, aby zgromadzić najważniejsze informacje w jednym miejscu.

Historia

Pierwsze wzmianki pochodzą z 79 r. n.e. i dotyczą mozaiki w willi na przylądku Posilipo, odkrytej w 1912 r. Obecność związków uranu w tej mozaice była kwestionowana [LINK], a ponieważ nie zachowała się ona do naszych czasów, nie można zweryfikować tej informacji.

Następnie przez wiele lat uran był tylko odpadem w kopalniach srebra, bez praktycznego zastosowania. Z biegiem lat zauważono, że odpady te, składowane na hałdach, nabierają żywych barw wskutek stopniowego utleniania. W 1789 r. nieniecki chemik Martin Klaproth odkrył tlenek uranu i zaczął z nim eksperymentować, m.in. dodając go do masy szklanej. Otrzymał charakterystyczne żółtawozielone zabarwienie, jarzące się w świetle słonecznym.

Wkrótce wokół kopalni w czeskim Jachymowie powstały pierwsze wytwórnie szkła uranowego, a dawny odpad stał się cennym surowcem. Uran zaczęto wydobywać również w innych państwach, a jego cena stopniowo rosła. Stosowano go również do barwienia ceramiki, o czym pisałem w osobnej notce [LINK]. Największa popularność szkła uranowego przypadała na lata 1840-1920. Produkowano je w różnych odmianach, np. po zahartowaniu, na skutek częściowej krystalizacji, stawało się mleczne, podobne do wazeliny, stąd nazwa "vaseline glass", będąca często nieścisłym określeniem na szkło uranowe w ogóle.

Źródło - LINK

Inną nieprzezroczystą odmianą było szkło "chryzoprazowe", podobne do minerału o tej nazwie, w literaturze anglojęzycznej występujące jako "jadeitowe" - od wazelinowego różni go bardziej zielonkawy odcień:

Szkło uranowe stało się w końcu na tyle tanie, że w dobie Wielkiego Kryzysu (Great Depression, 1929-1933) produkowano w sposób maszynowy ogromne ilości naczyń i dodawano do paczek żywnościowych, żeby choć trochę umilić ludziom ten czas potwornej nędzy. Nazywano je wówczas "Depression Glass" i obecnie w krajach anglojęzycznych nazwa ta jest stosowana zamiennie z "uranium glass", chociaż owe kryzysowe naczynia wykonywano też z innych gatunków szkła. Poniżej miska ze szkła prasowanego maszynowo, o dość charakterystycznym dla Depression Glass, butelkowym odcieniu:

W Polsce okresu międzywjennego szkło uranowe produkowała huta "Niemen" w Brzozówce na obecnej Białorusi oraz Huta Szkła Gospodarczego "Hortensja" w Piotrkowie Trybunalskim. Był to jednak margines ich produkcji, a wyroby z tych hut osiągają obecnie wysokie ceny. Trudno też mówić o jakimś szczególnym boomie na szkło uranowe w Polsce.
Lata 30. przyniosły powolny schyłek popularności szkła uranowego. Zaczęły pojawiać się pierwsze ofiary "radowego szaleństwa" z poprzedniej dekady, czyli masowego stosowania substancji radioaktywnych w wielu kosmetykach, lekach i przedmiotach codziennego użytku. Związki radu, uranu czy toru dodawano wówczas do kremów, maści, papierosów, past do zębów czy prezerwatyw (!). Farbą radową malowano tarcze zegarków, śliniąc pędzelki podczas pracy dla nadania im ostrego kształtu. Na efekty nie trzeba było długo czekać (sprawa Ebena Byersa, proces w sprawie Radium Girls), co rychło zapoczątkowało radiofobię, czyli lęk przed promieniowaniem. Jednak definitywny koniec uranowej epopei przyniósł wybuch II wojny światowej i rozpoczęcie amerykańskiego programu nuklearnego, znanego jako Projekt Manhattan. Uran stał się surowcem strategicznym i jego amerykańskie zapasy skonfiskował rząd USA. W Europie niemiecki program broni jądrowej był znacznie mniej zaawansowany z racji początkowej przewagi III Rzeszy w wojnie konwencjonalnej, jednak i tutaj rozpoczęto poszukiwania i konfiskaty rudy uranowej.

Rozluźnienie polityki nastąpiło dopiero w latach 50., wraz z pierwszymi konwencjami o pokojowym wykorzystaniu energii jądrowej, jednak atom miał już złą prasę. Kojarzono go z militarnym użyciem w Hiroszimie i Nagasaki oraz późniejszymi testami nuklearnymi i zimnowojenną psychozą globalnego konfliktu jądrowego. Szkło znowu produkowano, jednak dostęp do związków uranu był ograniczony. Do produkcji powojennego szkła uranowego używano zwykle uranu zubożonego, stanowiącego odpad po wzbogacaniu uranu do celów wojskowych i energetycznych. Nie było ono już tak popularne jak w XIX w. czy przed II wojną. Słynne polskie "kury" z Huty Szkła Gospodarczego "Ząbkowice" również wykonywano ze szkła uranowego - miałem okazję nawet mierzyć jeden mały egzemplarz. Był to jednak margines produkcji, a ta wytwórnia produkowała również dużo zwykłego, zielonego szkła, niebędącego uranowym:

Obecnie można sporadycznie spotkać wyroby ze szkła uranowego, jak choćby te kolczyki dyskotekowe, dostępne kilka lat temu na Allegro:

Podejrzewam, że szkło jest wytwarzane na małą skalę w amatorskich warsztatach - proces produkcji nie jest skomplikowany i można go podejrzeć na tym filmiku - podziękowania dla @Razor Blady:

Szkło uranowe miało też zastosowanie w technice, do uszczelniania wyprowadzeń w wysokonapięciowych kondensatorach i lampach elektronowych z racji dobrej przyczepności do metalu i korzystnych parametrów rozszerzalności cieplnej [LINK]:

Czasem wykorzystywano też jego świecenie pod wpływem ultrafioletu, jak np. w tych rurkach Geisslera, służących do badania wyładowań w gazach - foto dzięki uprzejmości p. Adama z Qann Wikidot:

Obecnie wyroby ze szkła uranowego są poszukiwane przez kolekcjonerów, a bardziej finezyjne osiągają wysokie ceny. Na polskim rynku trafia się rzadko, w przeciwieństwie do zachodniej Europy i USA, gdzie przedmioty z masowej produkcji można w dużych ilościach kupić za kilka dolarów, euro czy funtów. U nas trzeba sporo pochodzić po antykwariatach i bazarach, znosząc humory sprzedawców i mocno zawyżone ceny, aby kupić bardzo przeciętny wyrób. Ceny bardziej finezyjnych modeli są zaś astronomiczne, rzędu 2500 zł za żardynierę.


Przedstawiłem w dużym skrócie historię szkła uranowego, zerknijmy więc na jego charakterystykę.

Właściwości

Barwa czystego szkła uranowego jest jasnożółta, natomiast domieszki innych związków mogą barwić je na różne odcienie. Najczęściej spotyka się dodatki tlenków żelaza, dające barwę zieloną, od seledynowej do butelkowej. Poniżej większość wyrobów to czyste szkło uranowe (najbardziej jaskrawa żółcień) bądź też z niewielkimi domieszkami:

Z kolei poniżej sporo wyrobów ma typową, butelkową zieloną barwę, zatem odróżnienie "na oko" od zwykłego szkła jest praktycznie niemożliwe. Zwróćmy uwagę na filiżankę pośrodku, wygląda jak najzwyklejsze szkło, z którego robi się butelki do wina. Podobnie "butelkowy" jest kieliszek postawiony nóżką do góry (jego czasza to żółtawe szkło bez domieszek, na poprzednim zdjęciu stoi normalnie):

Niekiedy pojawiają się odcienie pomarańczu i brązu o różnym nasyceniu, ale dość rzadko. Trudno je rozpoznać wśród bardzo licznych innych gatunków szkła w tym kolorze z racji małej aktywności i silnie tłumionej luminescencji.

Nieczęsto występuje też niebieskawy kolor, zwykle zbliżony do "morskiego" czy akwamaryny.

Zerknijmy jeszcze na szkło chryzoprazowe, o którym wspomniałem przy okazji omawiania historii szkła uranowego. Jest mleczne, lekko zielonkawe i czasami łatwo je pomylić z ceramiką. 

Oświetlone ultrafioletem wykazuje luminescencję, lecz jest ona w niektórych przypadkach biaława, a nie zielona, choć nie jest to regułą. Powyższy wazon oświetlony z zewnątrz jedynie nieco się rozjaśnia, zaś gdy ultrafiolet wpada do jego wnętrza, świeci w sposób typowy. Z kolei poniższe chryzoprazowe wyroby świecą tak samo, jak przezroczyste:

Właśnie, cóż to jest ta luminescencja? W skrócie - świecenie ciał pod wpływem czynników innych niż rozgrzanie do wysokiej temperatury, stąd zwana jest często zimnym świeceniem lub jarzeniem. Jeśli świecenie ustaje wraz z działaniem czynnika wzbudzającego, jest to fluorescencja, jeśli zaś trwa jakiś czas po ustaniu wzbudzania, mamy do czynienia z fosforescencją. Szkło uranowe wykazuje fluorescencję pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Jest ona na tyle silna, że nawet odrobina ultrafioletu zawartego w świetle słonecznym pochmurnego dnia wystarczy, by wyroby zaczęły jarzyć się na żółtawy kolor. Dlatego też szkło uranowe dość łatwo można rozpoznać "na oko" na różnego rodzaju targach staroci:

Kolor luminescencji jest zawsze taki sam, charakterystyczny dla uranu, choć może różnić się intensywnością. W niektórych przypadkach może być "zabrudzony" lub przytłumiony przez inne barwniki, dodane do szkła:

Jako źródła ultrafioletu można użyć zarówno testera banknotów ze świetlówką UV, jak również breloczka lub latarki z ultrafioletowymi diodami LED. Testy lepiej przeprowadzać w zacienionym miejscu, może to być pudełko albo wnętrze plecaka, wówczas będziemy mieć pewność, że świecenie pochodzi od ultrafioletu, a nie jest jedynie ogólnym rozjaśnieniem szkła przez światło widzialne z otoczenia:

Oczywiście sama luminescencja nie wystarczy, by dane szkło było uranowe. Pomylić je możemy zarówno z różnego rodzaju współczesnym szkłem ozdobnym, które świeci dzięki innym związkom chemicznym, zatem do odróżnienia potrzebny będzie miernik promieniowania. Szczególnie uważać należy na szkło manganowe, które zarówno barwą szkła, jak i luminescencji jest zbliżone do szkła uranowego, jednak nie promieniuje. Sam odcień zieleni luminescencji jest zaś przesunięty w stronę niebieskiego:

Radioaktywność

Uran oczywiście jest pierwiastkiem radioaktywnym, ale zanim spanikujecie, doczytajcie do końca. Sama radioaktywność nie przesądza o szkodliwości. Liczy się rodzaj promieniowania, jego energia oraz natężenie (moc dawki). Uran jest emiterem cząstek alfa, które mają dużą masę i mały zasięg, jest w stanie je powstrzymać kartka papieru lub zewnętrzna zrogowaciała warstwa naskórka człowieka. Emisji alfa towarzyszą też kwanty promieniowania gamma, ale ich energia jest również bardzo mała, co można sprawdzić dokonując pomiaru z zamkniętą klapką-filtrem radiometru. Dodatkowo aktywność właściwa uranu nie jest wysoka, szczególnie najbardziej rozpowszechnionego izotopu - uranu-238. Dość powiedzieć, że paliwo jądrowe można bez obawy dotykać ręką, jeżeli tylko nie było jeszcze używane w reaktorze i nie nagromadziły się w nim produkty rozpadu. A w takim paliwie zawartość uranu jest znacznie wyższa niż w szkle, do którego dodawano zwykle 1-2 % uranu. Jedynie w starszych wyrobach dodatek może sięgać i 25 % masy szklanej. Wymieszanie związków uranu ze szkłem wpływa również na ograniczenie natężenia promieniowania przez tzw. samoabsorbcje w źródle. Przyjmuje się, że aktywność szkła uranowego można porównać z kilkoma kilogramami granitu, który jak wiadomo zawiera całkiem sporą ilość uranu [LINK].
Jeżeli chcemy oszacować zawartość uranu w danym obiekcie ze szkła uranowego, najprościej to zrobić mierząc moc dawki beta+gamma radiometrem z odsłoniętym detektorem (Pripyat', Sosna, RKSB-104, RK-67). Promieniowanie pochodzi od obu izotopów uranu (235 i 238) i ich produktów rozpadu, składa się głównie z cząstek alfa, beta oraz niskoenergetycznych kwantów gamma. W nowszych wyrobach emisja pochodzi tylko od uranu-238 i jest znacznie słabsza (porównanie aktywności obu izotopów w notce o aktywności - LINK).

Jakie to są wielkości? Mierzona moc dawki waha się od 0,2-0,3 µSv/h, czyli nieznacznie przekraczającej tło naturalne (0,10-0,20 µSv/h), przez 0,5-0,8 µSv/h aż do "średniej półki", czyli 1-3 µSv/h. Na tej "półce" znajduje się większość szkła dostępnego w Polsce. Powiedziałbym nawet, że odrobinę poniżej, bliżej 0,8 µSv/h.

Na prezentowanych zdjęciach zaznaczyłem łączną moc dawki beta+gamma zmierzoną dozymetrem ANRI-01-02 Sosna w wersji z licznikami Geigera blisko siebie. Podobne wyniki można odczytać dozymetrem  Pripyat'.

Jeśli zaznaczono kilka wyników, były one mierzone w różnych punktach danego wyrobu:

Jak widać, pomiary charakteryzują się dużym rozrzutem, a moc dawki nie jest skorelowana ani z kolorem, choć szkło bez domieszek (żółtawe) wydaje się być bardziej aktywne.

Wróćmy do mojej systematyki - "górna półka" to szkło przekraczające 3 µSv/h, z którego gros emituje 4-6 µSv/h. Takie wyroby zdarzają się rzadko i zwykle pochodzą ze starszej, jeszcze XIX-wiecznej produkcji. Okazjonalnie trafiają się rekordziści z 10 µSv/h. Zwykle moc dawki jest skorelowana z intensywnością fluorescencji w ultrafiolecie, ale nie zawsze. Czasem dodatkowe barwniki dodane do szkła skutecznie tłumią luminescencję uranu, choć wyrób jest "gorący". Dobrym przykładem jest ten talerzyk, należący do "górnej półki": 

Zerknijmy jeszcze na naszego rekordzistę z wytwórni w Mariańskich Łaźniach (Marienbad), jak widać tu luminescencja jest adekwatna do aktywności. Wyroby takie są jednak bardzo rzadkie - jak od wielu lat chodzę po targowiskach, to do tej pory trafiły się ze 3-4 egzemplarze wyróżniające się aktywnością, większość nie wychodzi poza zakres 1-3 µSv/h, jak wspomniałem wyżej.

Bezpieczeństwo

I na koniec jeszcze raz kwestia bezpieczeństwa. Promieniowanie emitowane przez szkło uranowe jest niskoenergetyczne i ma mały zasięg. Nawet przy większej liczbie wyrobów przebywanie w pobliżu nie stanowi zagrożenia, ponieważ promieniowanie bardzo szybko słabnie wraz z odległością (proporcjonalnie do jej kwadratu). Dla nieprzekonanych prezentuję monitor skażeń radioaktywnych RKP-1-2, który ma dużą czułość, gdyż przeznaczono go do wykrywania niewielkich ilości izotopów na powierzchniach w laboratoriach. Pomiar przez szybę gabloty ze szkłem uranowym nie przekracza tła, po otwarciu gabloty wprawdzie się podnosi, by opaść wraz z odsunięciem się na 20 centymetrów.  Reakcja miernika jest tak wyraźna z racji dużej ilości szkła uranowego na tej półce, pojedynczy wyrób z tej odległości nie spowodowałby wzrostu wskazań.

Wzięcie takiego szkła do ręki jest w 100% bezpieczne i nie grozi żadnymi konsekwencjami zdrowotnymi - cząstki alfa nie są w stanie przeniknąć zewnętrznej warstwy naskórka, podobnie jak niskoenergetyczne cząstki beta, zaś na kończyny można przyjąć największe dawki promieniowania (więcej o dawkach - LINK). Powiem więcej, szkła takiego można normalnie używać podczas posiłków. Zawartość związków uranu jest mała i jest on bardzo silnie związany z masą szklaną w procesie wytopu. Zresztą kontakt szkła z napojem czy posiłkiem jest tak krótkotrwały, że i uran nawet nie zdążyłby się rozpuścić. Większe zagrożenie stanowi... popularne szkło kryształowe, zawierające dodatek ołowiu, który ułatwiał jego obróbkę. Napoje przechowywane w takim szkle przez dłuższy czas mogą wykazywać zwiększone stężenie ołowiu. Pomijam już setki innych zagrożeń dla naszego zdrowia, spotykanych w codziennym życiu, przy których okazjonalny toast ze szkła uranowego jest elementem nieistotnym statystycznie. A piszę o tym tak szczegółowo, gdyż wśród wyszukiwanych na blogu słów kluczowych znalazłem kiedyś "szkło uranowe zabija" [LINK]. Ręce opadają do piwnicy...

Na koniec przypomnę jeszcze jedną kwestię - napromieniowanie zewnętrzne nie jest tak szkodliwe jak skażenie wewnętrzne, czyli wprowadzenie izotopów radioaktywnych do organizmu, co ma miejsce np. podczas palenia papierosów. Tytoń w czasie uprawy ma zdolność selektywnego wychwytywania polonu-210 z gleby, który kumuluje się w liściach. Następnie podczas palenia ten wysoce radiotoksyczny pierwiastek trafia do płuc palacza. Przypomnę tylko, że polonem otruto Litwinienkę i najprawdopodobniej też Arafata. Zatem zachęcam do rzucenia palenia, a szkło uranowe niech cieszy oko w gablotce. W razie pytań lub uściśleń proszę o komentarz. Inne posty dotyczące szkła możecie znaleźć klikając etykietę "szkło uranowe" na bocznym panelu z etykietami bloga.