Promieniowanie
Promieniotwórczość, istniejąca od zarania dziejów, odkryta zaledwie nieco ponad sto lat temu, ma za sobą bogatą historię. W historii tej znajdziemy zarówno karty będące dumą ludzkości, jak też karty, które najchętniej wymazalibyśmy z pamięci. Niewidzialna natura promieniotwórczości, może budzić lęk, ponieważ lęk budzi zwykle to, co nieznane. Dlatego też postaramy się przybliżyć Państwu zagadnienia związane z promieniowaniem jonizującym. Promieniowanie to zjawisko wysyłania przez substancję energii w postaci cząstek bądź fal elektromagnetycznych. Promieniowanie jonizujące jest promieniowaniem wywołującym jonizację ośrodka, przez który przechodzi. Zamienia obojętne atomy budujące materię w jony obdarzone ładunkiem. Substancję zdolną do emisji takiego promieniowania nazywamy substancją promieniotwórczą. Podstawową jej cechą jest aktywność wyrażana w bekerelach [Bq]. Źródłem promieniowania jonizującego są przemiany jądrowe zachodzące w jądrze atomowym i wyzwalające energię odpowiedzialną za proces jonizacji. Wyróżniamy kilka podstawowych przemian jądrowych: α, β, γ. Efektem tych przemian są cząstki różniące się energią i przenikalnością, a przez to również szkodliwością dla organizmów żywych. Największą przenikalnością cechuje się promieniowanie γ, średnią promieniowanie β, zaś najmniejszą promieniowanie α. Z różnicy w przenikalności wynika zróżnicowanie osłon stosowanych do ochrony przed promieniowaniem. Poszczególne rodzaje promieniowania są też zróżnicowane pod względem zdolności do jonizacji napotykanego ośrodka. Z wymienionych typów przemian najbardziej jonizujące jest promieniowanie α, najmniej promieniowanie γ. Promieniowanie jonizujące stale towarzyszy człowiekowi. Jest ono obecne w życiu naszej planety od początków jej istnienia. To właśnie energia pochodząca z przemian promieniotwórczych jest jednym ze źródeł ciepła na Ziemi. Obecne w skorupie ziemskiej pierwiastki takie jak uran, tor czy potas (zaliczane do izotopów naturalnych) stale ulegają przemianom, przez co odgrywają dużą rolę w bilansie energetycznym planety. Zaistnienie życia na Ziemi zawdzięczamy najprawdopodobniej radionuklidom, a głównie potasowi 40K. Dzięki promieniowaniu potasu i innych pierwiastków nastąpiło ogrzanie Ziemi, które umożliwiło powstanie i rozwój życia. Źródłem promieniowania jest również nasze ciało zawierające promieniotwórcze pierwiastki, które człowiek wprowadza do organizmu wraz z pokarmem. Promieniowanie jonizujące nie jest zatem wynalazkiem człowieka, aczkolwiek człowiek nauczył się wytwarzać pierwiastki promieniotwórcze w laboratorium. Odkrycie możliwości otrzymywania sztucznych izotopów zawdzięczamy córce Marii Curie-Skłodowskiej, Irenie oraz jej mężowi Fryderykowi Joliot. Sztuczne radioizotopy, podobnie jak naturalne izotopy promieniotwórcze, znajdują szerokie zastosowanie w medycynie, przemyśle, nauce. To od nas zależy, na ile poznamy zjawisko promieniotwórczości i w jaki sposób je wykorzystamy. Promieniowanie jonizujące stale towarzyszy człowiekowi. Jest ono obecne w życiu naszej planety od początków jej istnienia. To właśnie energia pochodząca z przemian promieniotwórczych jest jednym ze źródeł ciepła na Ziemi. Obecne w skorupie ziemskiej pierwiastki takie jak uran, tor czy potas (zaliczane do izotopów naturalnych) stale ulegają przemianom, przez co odgrywają dużą rolę w bilansie energetycznym planety. Zaistnienie życia na Ziemi zawdzięczamy najprawdopodobniej radionuklidom, a głównie potasowi 40K. Dzięki promieniowaniu potasu i innych pierwiastków nastąpiło ogrzanie Ziemi, które umożliwiło powstanie i rozwój życia. Źródłem promieniowania jest również nasze ciało zawierające promieniotwórcze pierwiastki, które człowiek wprowadza do organizmu wraz z pokarmem. Promieniowanie jonizujące nie jest zatem wynalazkiem człowieka, aczkolwiek człowiek nauczył się wytwarzać pierwiastki promieniotwórcze w laboratorium. Odkrycie możliwości otrzymywania sztucznych izotopów zawdzięczamy córce Marii Curie-Skłodowskiej, Irenie oraz jej mężowi Fryderykowi Joliot. Sztuczne radioizotopy, podobnie jak naturalne izotopy promieniotwórcze, znajdują szerokie zastosowanie w medycynie, przemyśle, nauce. To od nas zależy, na ile poznamy zjawisko promieniotwórczości i w jaki sposób je wykorzystamy. Stała obecność promieniowania jonizującego w otoczeniu człowieka sprawia, że nieustannie oddziałuje ono na nasze ciało. Dawka promieniowania, jaką otrzymuje ludzki organizm pochodzi w głównej mierze z promieniowania naturalnego, zwanego promieniowaniem tła, którego źródłem jest skorupa ziemska i kosmos. Sztuczna promieniotwórczość odpowiada zaledwie za ok. 26% promieniowania na Ziemi. Jesteśmy zatem codziennie napromieniowywani, a rocznie ciało przeciętnego Polaka otrzymuje średnią dawkę skuteczną ok. 3,5mSv (milisiwerta). Dawka ta pochodzi przede wszystkim ze źródeł naturalnych (Rys.1) i jest średnią dawką charakterystyczną dla naszego kraju. Dawka ta wykazuje zróżnicowanie w zależności od lokalizacji na terenie Polski. Informację o rozkładzie mocy dawki promieniowania w Polsce w danym dniu uzyskać możemy na stronie Państwowej Agencji Atomistyki.
Rys. 1 Udział różnych źródeł promieniowania jonizującego w średniej dawce skutecznej otrzymanej przez statystycznego mieszkańca Polski w 2006 roku (źródło - raport Prezesa PAA dostępny na stronie http://www.paa.gov.pl)
W innych regionach świata, w zależności od składu mineralnego skorupy ziemskiej i wysokości nad poziomem morza, dawki te również są zróżnicowane, mogą być mniejsze bądź większe od dawki charakterystycznej dla Polski. Organizmy żyjące na obszarach o podwyższonym promieniowaniu jonizującym nie odczuwają z tego powodu skutków ubocznych. Przyzwyczajają się do podwyższonej dawki, wykształcają mechanizmy oporności na działanie promieniowania i funkcjonują prawidłowo. Niegdyś twierdzono, że nawet najmniejsza dawka promieniowania jest szkodliwa. Starano się jak najbardziej minimalizować narażenie na promieniowanie. Jest to tzw. hipoteza liniowa, według której szkodliwość promieniowania wzrasta proporcjonalnie do wzrostu jego dawki. W oparciu o ten pogląd opracowano powszechnie przyjęty i realizowany w Polsce i na świecie plan ochrony radiacyjnej. Dziś coraz częściej mówi się o korzystnym wpływie małych dawek promieniowania na rozwój organizmów żywych. Naukowo udowodniono, że małe dawki promieniowania wywołują pozytywne dla organizmu skutki. Zjawisko to, zwane hormezą radiacyjną, jest zgodne ze słowami ojca toksykologii Paracelsusa, że „wszystko jest trucizną i nic nie jest trucizną, bo tylko dawka czyni truciznę”. Ciągłe badanie zjawiska promieniotwórczości, poznawanie jego mechanizmów umożliwia nam poznanie natury promieniowania. Wielu osobom słyszącym słowo promieniowanie, na myśl przychodzi katastrofa w Czarnobylu, która niewątpliwie rzuca cień na historię promieniotwórczości. Podobnie przyćmiewają ją bomby zrzucone na Hiroszimę i Nagasaki. Jednak wiedza o promieniowaniu, które przecież jest stale obecne w codziennym życiu człowieka, pozwala zrozumieć, że promieniowanie można wykorzystywać również w dobrych celach, w sposób niekoniecznie szkodliwy dla ludzi i środowiska przyrodniczego. Stosowanie promieniowania, tak jak i inna działalność ludzka, wiąże się jednak z pewnymi niedogodnościami, do których należą m.in. odpady. Odpady promieniotwórcze składowane w odpowiedni sposób nie stanowią zagrożenia. Jednak kwestia ich zabezpieczenia budzi wśród ludzi wiele wątpliwości, a przez to zniechęcają do powszechnego wykorzystywania promieniotwórczości. Są jednym z głównych powodów braku aprobaty społeczeństwa polskiego dla rozwoju energetyki jądrowej w Polsce. Pomimo że w promieniu 310km od granic Polski znajduje się 10 elektrowni jądrowych (Rys.2), a w nich ponad 20 pracujących reaktorów. Polacy wciąż są nieprzychylnie nastawieni do budowy elektrowni jądrowej na terenie własnego Polski, choć paradoksalnie nie sprzeciwiają się takiej budowie w sąsiednich krajach.
Rys. 2 Elektrownie jądrowe w pobliżu granic Polski, stan z 2007r. (źródło - raport Prezesa PAA dostępny na stronie http://www.paa.gov.pl)
Przy pracy z materiałami promieniotwórczymi, w warunkach zwiększonego narażenia na działanie promieniowania należy postępować ostrożnie i przestrzegać zasad określonych przepisami prawnymi. W Polsce podstawowym aktem prawnym regulującym bezpieczeństwo jądrowe i ochronę radiologiczną jest Ustawa z dnia 29 listopada 2000 r. „Prawo atomowe” (tekst jednolity Dz. U. z 2007r. Nr 42, poz.276). Atom
Atom jest jednostką strukturalną materii. Składa się z jądra atomowego i elektronów krążących wokół niego po orbitach. Jądro atomowe zbudowane jest z protonów i neutronów.
Protony to cząstki o ładunku dodatnim, masie równej 1,007u (jednostka masy atomowej).
Neutrony są cząstkami obojętnymi, odrobinę cięższymi od protonów (masa 1,008 u). Protony i neutrony nazywane są nukleonami. Ich liczba w jądrze atomowym, oznaczana literą A, to liczba masowa danego pierwiastka. Liczbę protonów, czyli liczbę atomową, oznaczamy literą Z.
AZX (A- liczba masowa, Z – liczba atomowa, X-symbol pierwiastka)
Ze względu na różnice między liczbą neutronów w atomach danego pierwiastka, wyróżniamy izotopy. Są to odmiany tego samego pierwiastka mające identyczną liczbę protonów, ale inną liczbę neutronów, czyli różniące się liczbami masowymi (A).
Elektrony (e-) to cząstki elementarne o ładunku ujemnym. To one w głównej mierze odpowiadają za właściwości danego pierwiastka. Wskutek zmiany liczby elektronów w atomie dochodzi do zmiany ładunku tegoż atomu, który staje się jonem. W wyniku utraty elektronu atom przechodzi w jon dodatni – kation, w wyniku przyłączenia elektronu w jon ujemny – anion.
Przemiany jądrowe:
Przemianie α ulegają przede wszystkim ciężkie jądra atomowe np. 238U, 226Ra, 232Th, 210Po, 241Am.
Cząstki α mają bardzo krótki zasięg, rzędu kilku cm, co jest wynikiem ich dużych rozmiarów. Kartka papieru czy naskórek całkowicie je zatrzymują. Cząstki α mają jednak dużą energię, 4-9 MeV. Energia emitowanej cząstki jest charakterystyczna dla danego rozpadu. Emitowana jest cząstka o ściśle określonej energii bądź emitowane są leżące blisko siebie pasma energetyczne. Widmo promieniowania α jest więc widmem dyskretnym (pasmowym). Duża energia cząstek α sprawia, że α-promieniotwórcze izotopy są niebezpieczne w bezpośrednim kontakcie z komórkami ciała ludzkiego np. po połknięciu danego radionuklidu. Powstające wewnątrz organizmu cząstki α bardzo silnie jonizują tkanki, co prowadzi do ich poważnych uszkodzeń i choroby popromiennej. Znanym przykładem skażenia organizmu pierwiastkiem α-promieniotwórczym jest przypadek otrucia Aleksandra Litwinienki polonem-210. Emitują one wskutek rozpadu cząstki α będące dodatnimi jonami helu He2+, czyli cząstkami zawierającymi 2 neutrony i 2 protony. Wskutek emisji cząstki α, liczba masowa pierwiastka ulega zmniejszeniu o cztery jednostki masowe, a liczba atomowa zmniejsza się o dwie jednostki. Atom, który uległ przemianie jądrowej, znajduje się w stanie wzbudzonym i dlatego cząstkom α często towarzyszy emisja kwantu γ związana z powrotem atomu do stanu podstawowego. Przykładem przemiany α jest rozpad radu-226, w wyniku którego powstaje radon-222. Cząstki α mają bardzo krótki zasięg, rzędu kilku cm, co jest wynikiem ich dużych rozmiarów. Kartka papieru czy naskórek całkowicie je zatrzymują. Cząstki α mają jednak dużą energię, 4-9 MeV. Energia emitowanej cząstki jest charakterystyczna dla danego rozpadu. Emitowana jest cząstka o ściśle określonej energii bądź emitowane są leżące blisko siebie pasma energetyczne. Widmo promieniowania α jest więc widmem dyskretnym (pasmowym). Duża energia cząstek α sprawia, że α-promieniotwórcze izotopy są niebezpieczne w bezpośrednim kontakcie z komórkami ciała ludzkiego np. po połknięciu danego radionuklidu. Powstające wewnątrz organizmu cząstki α bardzo silnie jonizują tkanki, co prowadzi do ich poważnych uszkodzeń i choroby popromiennej. Znanym przykładem skażenia organizmu pierwiastkiem α-promieniotwórczym jest przypadek otrucia Aleksandra Litwinienki polonem-210. Przemiany β polegają na zmianie składu jądra atomowego w celu zwiększenia jego stabilności. Wyróżniamy kilka typów tych przemian: β-, β+, wychwyt K. Przemiana β+ jest charakterystyczna przede wszystkim dla radionuklidów otrzymywanych sztucznie. Pierwiastki promieniotwórcze występujące naturalnie w środowisku ulegają przemianie β- oraz wychwytowi K. Wychwyt K to przemiana polegająca na wychwyceniu przez jądro elektronu, który znajduje się na orbicie najbliższej jądra (zwykle jest to orbita K, czasami L). Przemiana prowadzi do zamiany jednego protonu w neutron, czego wynikiem jest zmniejszenie liczby atomowej pierwiastka o jeden. Promieniowanie γ powstaje podczas powrotu atomu ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego. W czasie emisji kwantu γ nie dochodzi do zmiany masy ani ładunku jądra atomowego. W czasie tego przejścia emisji ulegają kwanty γ o energii charakterystycznej dla danego pierwiastka promieniotwórczego. Widmo promieniowania γ jest widmem dyskretnym. Poszczególne linie w widmie o określonej energii pozwalają dokonać identyfikacji radionuklidu będącego źródłem promieniowania. Promieniowanie γ towarzyszy innym przemianom jądrowym. Jego źródłem są również procesy: rozpadu jąder, syntezy jąder oraz anihilacji . Cechuje się dużym zasięgiem. Nazywane jest z tego względu promieniowaniem przenikliwym. Oddziałuje z materią w trojaki sposób poprzez: zjawisko fotoelektryczne, efekt Comptona, utworzenie par elektron-pozyton. Ochrona przed promieniowaniem: Podstawową zasadą ochrony radiologicznej jest zasada ALARA (As Low As Reasonably Achievable), czyli „Tak Mało Jak To Jest Rozsądnie Osiągalne”. Według Ustawy z dnia 29 listopada 2000r. Prawo atomowe ochrona radiologiczna to „zapobieganie narażeniu ludzi i skażeniu środowiska, a w przypadku braku możliwości zapobieżenia takim sytuacjom - ograniczenie ich skutków do poziomu tak niskiego, jak tylko jest to rozsądnie osiągalne, przy uwzględnieniu czynników ekonomicznych, społecznych i zdrowotnych.” (Art.3 pkt 20). W celu realizacji zasad ochrony radiologicznej należy pamiętać, że:
· dawka promieniowania, jaką otrzymujemy jest zależna od czasu ekspozycji na działanie promieniowania
· natężenie promieniowania jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości od źródła promieniowania
· promieniowanie jest pochłaniane (całkowicie bądź częściowo) przez osłony, czyli materiał umieszczony pomiędzy źródłem promieniowania a człowiekiem.
Przestrzegając powyższych zasad, powinniśmy jak najkrócej przebywać w miejscu, w którym jesteśmy narażeni na promieniowanie, przebywać w możliwie jak największej odległości od źródła promieniowania oraz stosować odpowiednie osłony pochłaniające promieniowanie. W przypadku promieniowania α wystarczy odsunąć się od źródła na 10cm. W celu ochrony przed promieniowaniem β stosuje się osłony ze szkła, aluminium lub tworzywa sztucznego np. ekran z pleksiglasu. Przed promieniowaniem γ ochroni nas osłona ołowiana. Ochronę przed neutronami stanowi osłona z kadmu lub osłona betonowa z dodatkiem soli baru bądź żelaza. W celu spowolnienia neutronów zanim dotrą one do osłony stosuje się parafinę. Przy konstrukcji osłon ważna jest grubość zastosowanego materiału oraz jego trwałość. Grubość powinna być tak dobrana, by energia promieniowania zużywała się na jonizację osłony, a promieniowanie nie docierało do człowieka znajdującego się za osłoną. Podczas pracy z izotopami promieniotwórczymi należy zakładać odzież ochronną (fartuch, rękawiczki) oraz okulary. Odzież ta nie może być wynoszona na zewnątrz pracowni, w której pracujemy. Za przestrzeganie zasad ochrony radiologicznej w jednostce zajmującej się działalnością z narażeniem na promieniowanie odpowiedzialny jest kierownik tej jednostki (Art.7 ust.1 Ustawa z dnia 29 listopada 2000r. Prawo atomowe). Izotopy naturalne. Naturalnymi izotopami promieniotwórczymi są izotopy pierwiastków znajdujących się w skorupie ziemskiej i radionuklidy powstające w wyniku ich przemian, jak też radionuklidy powstające wskutek działania promieniowania kosmicznego oraz izotopy trwałych pierwiastków obecne w przyrodzie. Główne izotopy naturalne obecne w skorupie ziemskiej, charakteryzujące się czasem połowicznego zaniku zbliżonym do wieku Ziemi, to tor 232Th, uran 238U oraz uran 235U. Izotopy te dają początek ciągom spontanicznych przemian α i β, w wyniku których powstają inne naturalne radionuklidy. Szeregi te zwane są szeregami promieniotwórczymi. Kończą się one powstaniem stabilnych radionuklidów, nieulegających dalszym przemianom. Istnieją trzy szeregi promieniotwórcze: torowy, uranowo-radowy i uranowo-aktynowy. Wszystkie one kończą się trwałymi izotopami ołowiu Pb. W skład tych trzech szeregów promieniotwórczych wchodzą izotopy odpowiadające 12 pierwiastkom. Są to tal Tl, ołów Pb, bizmut Bi, polon Po, astat At, radon Rn, frans Fr, rad Ra, aktyn Ac, tor Th, protaktyn Pa i uran U. Tylko jeden z nich jest gazem (radon), pozostałe to metale ciężkie. Do długożyciowych radionuklidów obecnych w przyrodzie zaliczmy m.in. potas 40K, rubid 87Rb. Izotopami promieniotwórczymi powstającymi pod wpływem promieniowania kosmicznego są np. tryt 3H, węgiel 14C.
Zastosowanie wybranych radioizotopów
Dawka promieniowania jest podstawową wielkością stosowaną w ochronie radiologicznej. Jest to ilość energii, jaką przyjmuje tkanka narażona na działanie promieniowania jonizującego. Istnieją różne sposoby mierzenia dawek promieniowania. W zależności od rodzaju uwzględnionych czynników, można wyróżnić: dawkę pochłoniętą, dawkę równoważną, dawkę ekspozycyjną, dawkę skuteczną.
Dawka pochłonięta DT to ilość energii promieniowania, jaką pochłania jednostka masy materii narażona na działanie promieniowania.
DT=E/m
Jednostką dawki pochłoniętej jest obecnie w układzie SI grej (1Gy = 1J/kg), kiedyś jednostką tą był rad. Dawka równoważna jest dawką uwzględniającą rodzaj promieniowania, na jakie narażona jest dana materia. Od rodzaju promieniowania zależą skutki, jakie wywiera ono na dany materiał. Skuteczność promieniowania jest wyrażana przez współczynnik WR, który w zależności od rodzaju i energii promieniowania przyjmuje wartości od 1 do 20. dawka równoważna jest sumą dawek pochodzących od wszystkich rodzajów promieniowania (R) działających na tkankę (T).
HT = ∑WRDT,R
Aktywność nuklidu promieniotwórczego to liczba rozpadów promieniotwórczych, jakim ulega dany radionuklid w jednostce czasu.Aktywność wyrażana jest w bekerelach [Bq], jeden Bq to jeden rozpad na sekundę. Kiedyś aktywność wyrażano w kiurach Ci (1Ci = 3,7*1010 Bq). Często używa się też jednostki zwanej aktywnością właściwą, która oznacza liczbę rozpadów promieniotwórczych przypadającą na daną masę substancji w jednostce czasu i wyrażana jest w Bq/kg. Hormeza radiacyjna to zjawisko występowania skutków stymulujących, pożytecznych dla organizmu pod wpływem oddziaływania małych dawek promieniowania, przy jednoczesnej niepodważalnej szkodliwości dawek dużych.. Teoria hormezy radiacyjnej miała i nadal ma wielu wrogów. Jednak raport Komitetu Naukowego Narodów Zjednoczonych ds. Skutków Promieniowania Atomowego (UNSCEAR) z 1994 roku przyczynił się do powszechniejszego uznania zjawiska hormezy, które potwierdzone zostało prze liczne prace doświadczalne. Udowodniono, że małe dawki promieniowania zmniejszają zapadalność na białaczkę i inne nowotwory, jak również obniżają śmiertelność wśród osób, które przeżyły zrzucenie bomby na Hiroszimę i Nagasaki.
Promieniowanie rentgenowskie-w wielu krajach nazywane promieniowaniem X lub promieniami X rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, którego długość fali mieści się w zakresie od 10 pm do 10 nm. Zakres promieniowania rentgenowskiego znajduje się pomiędzy ultrafioletem i promieniowaniem gamma. Znanym skrótem nazwy jest promieniowanie rtg. Zakresy promieniowania rentgenowskiego
· twarde promieniowanie rentgenowskie – długość fali od 5 pm do 100 pm
· miękkie promieniowanie rentgenowskie – długość fali od 0,1 nm do 10 nm
Promieniowanie rentgenowskie uzyskuje się w praktyce (np. w lampie rentgenowskiej) poprzez wyhamowywanie rozpędzonych elektronów na materiale o dużej (powyżej 20) liczbie atomowej (promieniowanie hamowania), efektem czego jest powstanie promieniowania o charakterystyce ciągłej, na którym widoczne są również piki pochodzące od promieniowania charakterystycznego anody (rozpędzone elektrony wybijają elektrony z atomów anody). Luki po wybitych elektronach na dolnych powłokach elektronowych pozostają puste do czasu, aż zapełnią je elektrony z wyższej powłoki. Elektron przechodząc z wyższego stanu emituje kwant promieniowania rentgenowskiego – następuje emisja charakterystycznego promieniowania X. Promieniowanie X powstaje także w wyniku wychwytu elektronu, tj. gdy jądro przechwytuje elektron znajdujący się na powłoce K, w wyniku czego powstaje wolne miejsce, na które spadają elektrony z wyższych powłok i następuje emisja kwantu X. Przykładem źródła promieniowania X działającego w oparciu o wychwyt elektronu jest 55Fe, emitujące 80% kwantów o energii ok. 5,9 keV (linia Kα) oraz 20% o energii 6,2 keV (linia Kβ). Obecnie są budowane także efektywniejsze źródła promieniowania X, promieniowanie wytwarzane jest przez poruszające się po okręgu elektrony w synchrotronach, stąd promieniowanie to nazywa się promieniowaniem synchrotronowym. Pierwsze źródła promieniowania synchrotronowego należące do tzw. I i II generacji były stosunkowo mało wydajne. Dopiero źródła promieniowania synchrotronowego nowszej konstrukcji, należące do III generacji, pozwoliły na osiąganie większych natężeń promieniowania, a przede wszystkim umożliwiły w miarę ciągłą bezawaryjną pracę. Synchrotrony III generacji zaopatrywano też z reguły w tzw. "urządzenia wstawkowe" (ang. insertion devices) – wigglery i undulatory. W urządzeniach tych elektrony poruszają się w periodycznym polu magnetycznym po trajektorii zbliżonej do sinusoidy, dzięki czemu natężenie emitowanego promieniowania znacznie się zwiększa (nawet o kilka rzędów wielkości) w stosunku do natężenia promieniowania wytwarzanego w polu magnesów zakrzywiających synchrotronu bez urządzeń wstawkowych. Przykładem źródeł synchrotronowych mogą być: BESSY II (Berlin), DORIS III (II generacji, Hasylab, Hamburg), ESRF (III generacji, Grenoble). Obecnie działają już źródła kolejnej, IV. generacji promieniowania synchrotronowego, lasery rentgenowskie (lasery na elektronach swobodnych, FEL – ang. Free Electron Laser). Najsilniejszy z nich, laser FLASH w DESY (Hamburg) wytwarza impulsy monochromatycznego promieniowania w zakresie XUV-SX (skrajnego ultrafioletu próżniowego do miękkiego promieniowania rentgenowskiego), o czasie trwania około 25 femtosekund i mocy szczytowej w impulsie dochodzącej do 1 GW. Lasery FEL są przestrajalne, a emitowane przez nie promieniowanie jest spójne i spolaryzowane liniowo. Szczytowe natężenie w impulsie osiągać może wartości ponad 9 rzędów wielkości większe niż otrzymywane z najpotężniejszych synchrotronów III generacji. W lutym 2007 w tym samym ośrodku w Hamburgu rozpoczęto budowę europejskiego lasera X-FEL działającego w rentgenowskim zakresie długości fali 6 nm – 0,1 nm. Przewiduje się, że pełną operacyjną zdolność działania laser ten osiągnie w roku 2013. W 2008 r. w czasopiśmie naturę ukazała się publikacja informująca, że źródłem nanosekundowych błysków promieniowania rentgenowskiego jest rozwijana w próżni standardowa taśma klejąca. Promieniowanie z taśmy jest wystarczająco silne do wykonania zdjęcia rentgenowskiego.
Promieniowanie i medycyna-Promieniowanie rentgenowskie jest wykorzystywane do uzyskiwania zdjęć rentgenowskich, które pozwalają m.in. na diagnostykę złamań kości i chorób płuc oraz do rentgenowskiej tomografii komputerowej. Naświetlanie promieniami rentgenowskimi zabija komórki nowotworowe, co wykorzystuje się w radioterapii. Przyjęcie dużej dawki promieniowania może powodować oparzenia i chorobę popromienną.
Rys historyczny-Do najważniejszych badaczy promieni rentgenowskich należeli William Crookes, Johann Wilhelm Hittorf, Eugen Goldstein, Heinrich Hertz, Philipp Lenard, Hermann von Helmholtz, Thomas Edison, Nikola Tesla, Charles Barkla, oraz Wilhelm Conrad Roentgen. Jedne z najwcześniejszych badań zostały przeprowadzone przez Williama Crookesa oraz Johanna Wilhelma Hittorfa. Obserwowali oni powstające w lampie próżniowej promieniowanie, które pochodziło z ujemnej elektrody. Promienie te powodowały świecenie szkła w lampie. W 1876 roku Eugen Goldstein nazwał je promieniowaniem katodowym. Nie było to jednak promieniowanie rentgenowskie, tylko strumień elektronów o dużej energii. Następnie angielski fizyk William Crookes badał efekty wyładowań elektrycznych w gazach szlachetnych. Stwierdził on, że jeżeli umieści w pobliżu lampy kliszę fotograficzną, to ulega ona naświetleniu i pojawiają się na niej cienie przedmiotów, które przesłaniały lampę. Efekt ten nie wzbudził jego zainteresowania. Głównym źródłem wspomnianego efektu było promieniowanie nazwane później "X", powstające w wyniku gwałtownego wyhamowania elektronów – promieni katodowych.. W roku 1892 niemiecki fizyk Heinrich Hertz rozpoczął eksperymenty, nad przenikaniem promieni katodowych przez cienkie warstwy metalu, np. aluminium, a jego student Philipp Lenard kontynuował te badania. Uczeń Hertza opracował wersje lampy katodowej i analizował przenikanie promieni przez różne materiały. Niezależnie od nich w kwietniu 1887 roku Nikola Tesla rozpoczął badania nad tym samym zagadnieniem. Eksperymentował z wysokimi napięciami i lampami próżniowymi. Opublikował on wiele technicznych prac nad udoskonalonymi lampami z jedną elektrodą. W 1897 roku wygłosił na ten temat odczyt przed New York Academy of Sciences. Tesla potrafił wytworzyć na tyle silne promieniowanie katodowe, że udało mu się zaobserwować jego negatywny wpływ na istoty żywe. W 1892 roku zdał sobie sprawę, że promienie katodowe mogą służyć do obserwacji wnętrza ciała człowieka i wykonał szereg fotografii. Jednak nie opublikował tych wyników, za to wysyłał zdjęcia do Wilhelma Roentgena. Hermann von Helmholtz sformułował równania opisujące promieniowanie katodowe, z których wynikała możliwość ich dyspersji. W 8 listopada 1895 roku niemiecki naukowiec Wilhelm Röntgen rozpoczął obserwacje promieni katodowych podczas eksperymentów z lampami próżniowymi. 28 grudnia 1895 roku opublikował on wyniki swoich badań w czasopiśmie Würzburgskiego Towarzystwa Fizyczno-Medycznego. Było to pierwsze publiczne ogłoszenie istnienia promieni rentgenowskich, dla których Roentgen zaproponował nazwę promieni X, obowiązującą do chwili obecnej w większości krajów (m.in. w krajach anglosaskich). Potem wielu naukowców zaczęło je określać jako promienie rentgena (nazwa obowiązująca m.in. w Polsce i w Niemczech). Za odkrycie promieni X Roentgen otrzymał pierwszą nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1901 roku.
Mikrofalowe promieniowanie tła - rodzaj promieniowania o rozkładzie termicznym energii, czyli widmie ciała doskonale czarnego o temperaturze 2,725 K[1]. Maksimum gęstości energii przypada na długość fali 1,1 mm. Promieniowanie to jest pozostałością po wczesnych etapach ewolucji Wszechświata i okresie rekombinacji elektronów przez protony, czyli przez najbardziej obfity w Kosmosie wodór. Niemal nie oddziałuje z cząstkami materii, wypełnia Wszechświat. We wczesnych stadiach ewolucyjnych Wszechświata materia i kwanty promieniowania oddziaływały ze sobą, będąc w stanie równowagi termodynamicznej. Temperatura materii i promieniowania była bardzo wysoka, stąd też Wszechświat na tym etapie otrzymał nazwę gorącego Wszechświata. Temperatura promieniowania reliktowego daje możliwość oszacowania, że pierwotna materia powinna zawierać około 70% 1H oraz 30% 4He (w przeliczeniu na masę), co dość dobrze zgadza się z przyjmowaną obecnie obfitością obu tych pierwiastków w przestrzeni kosmicznej.
Historia badań- w 1965 roku amerykańscy astronomowie Arno Allan Penzias i Robert Woodrow Wilson, podczas obserwacji radiowych tła nieba w długości fali ok. 3 cm, wykryli istnienie "cieplnego promieniowania", odpowiadającego temperaturze równej 3 K. Spostrzeżenie zostało potwierdzone w zakresie długości fal od 0,6 mm do 60 cm. W pierwszych miesiącach roku 2003 opublikowano nowe wyniki pomiarów niejednorodności promieniowania tła, z satelity WMAP. Najważniejszym wynikiem jest oszacowanie z dużą dokładnością wieku Wszechświata oraz proporcji między materią świecącą i ciemną. Badania promieniowania tła dostarczają bardzo cennych informacji na temat procesów jakie zachodziły w młodym wszechświecie - takich jak powstawanie gwiazd i galaktyk.
Promieniowanie alfa -to rodzaj promieniowania jonizującego cechującego się małą przenikalnością. Promieniowanie alfa jest to strumień jąder helu. Cząstka alfa (helion) składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Ma ładunek dodatni i jest identyczna z jądrem atomu izotopu 4He, więc często oznacza się ją jako He2+. Nazwa pochodzi od greckiej litery α. Cząstki alfa są wytwarzane przez jądra pierwiastków promieniotwórczych, jak uran (pierwiastek) i rad (pierwiastek). Proces ten określa się jako rozpad alfa. Przykładowa reakcja rozpadu alfa:
Jądro, które wyemituje cząstkę alfa pozostaje zwykle w stanie wzbudzonym, co wiąże się z dodatkową emisją kwantu gamma. W rozpadzie alfa udział biorą oddziaływania silne.
Promieniowanie alfa jest bardzo silnie pochłaniane. Nawet kilka centymetrów powietrza stanowi całkowitą osłonę przed tym promieniowaniem. Podobnie kartka papieru, albo naskórek pochłania całkowicie promienie alfa. Jednak w przypadku pokarmów lub wdychanego powietrza promieniowanie alfa może być zabójcze. Kiedy już radioaktywny materiał znajdzie się w ciele człowieka wytwarzane przez niego cząstki alfa bardzo silnie jonizują tkanki. Prowadzi to do poważnych uszkodzeń i choroby popromiennej. Większość detektorów dymu zawiera niewielkie ilości wytwarzającego promieniowanie alfa izotopu promieniotwórczego 241Am. Jest to bardzo toksyczny materiał, jeżeli zostanie wchłonięty z powietrzem. Jednak w zamknięciu nie stanowi żadnego zagrożenia. Osoba, która zetknęła się z materiałem wytwarzającym promieniowanie alfa, powinna poddać się dekontaminacji. Większość detektorów dymu zawiera niewielkie ilości wytwarzającego promieniowanie alfa izotopu promieniotwórczego 241Am. Jest to bardzo toksyczny materiał, jeżeli zostanie wchłonięty z powietrzem. Jednak w zamknięciu nie stanowi żadnego zagrożenia. Osoba, która zetknęła się z materiałem wytwarzającym promieniowanie alfa, powinna poddać się dekontaminacji.
Stare oznaczenie ostrzegające przed radioaktywnością i promieniowaniem jonizującym
Promieniowanie beta (promieniowanie β) - to jeden z rodzajów promieniowania jonizującego wysyłanego przez promieniotwórcze jądra atomowe podczas przemiany jądrowej. Promieniowanie beta powstaje podczas rozpadu beta, jest strumieniem elektronów lub pozytonów poruszających się z prędkością zbliżoną do prędkości światła. Zostaje ono silnie pochłaniane przez materię, przez którą przechodzi. Promieniowanie to jest zatrzymywane już przez miedzianą blachę. Przykład przemiany, w której następuje emisja promieniowania beta:
...
Honakura