W dotychczasowym cyklu artykułów z serii #PostępAtomowy uwaga została poświęcona zastosowaniu pierwiastków promieniotwórczych w dziedzinie energetyki. Nie sposób uniknąć wrażenia, że w zbiorowej świadomości, takie właśnie zastosowanie tych pierwiastków wysuwa się na prowadzenie, zaraz obok użycia ich oraz ich izotopów w broni jądrowej, a samo określenie „promieniowanie” wzbudza w odbiorcach pewny niepokój. Takie postrzeganie zastosowania wspomnianych pierwiastków jest oczywiście niepełne, na co dzień większość z nas nie zdaje sobie sprawy, w jak wielu dziedzinach życia odkrycie zjawiska promieniotwórczości, a wraz z nim same pierwiastki promieniotwórcze znalazły zastosowanie.
Zastosowanie to można kwalifikować oraz dzielić według różnorakich kryteriów. Z punktu widzenia niniejszego artykułu zasadnym będzie dokonanie pobieżnej prezentacji zastosowania pierwiastków promieniotwórczych w dwóch kategoriach tj. w aspekcie wojskowym i cywilnym.
Wskazać należy, że głównym powodem zastosowania pierwiastków promieniotwórczych w życiu codziennym jest ich zdolność do wytwarzania promieniowania jonizującego, co wszak odróżnia je od innych pierwiastków i izotopów. Poza tą zdolnością, o ich wykorzystaniu może decydować miedzy innymi duża gęstość, np. w przypadku uranu, bądź inne właściwości chemiczno-fizyczne.
Pierwiastki promieniotwórcze znalazły szerokie zastosowanie np. w medycynie. Wykorzystuje się je w aparaturze medycznej, takiej jak tomografia emisyjna pojedynczych fotonów (SPECT), pozytonowa tomografia emisyjna (PET), scyntygrafia[1]. Bez odkrycia zjawiska promieniowania nie istniałaby nowoczesna diagnostyka, pozwalająca de facto zajrzeć do ciała pacjenta, bez potrzeby stosowania metod chirurgicznych.
Ponadto bez izotopów promieniotwórczych, np. Co60, niemożliwym była by radioterapia, pozwalająca leczyć zmiany nowotworowe. Tak radioterapię charakteryzuje WUM[2]: ,,Możemy wprowadzić do wnętrza nowotworu izotop, który emituje promieniowanie o dużej energii, ale o małym zasięgu. Zależy nam bowiem, żeby zniszczyć nieprawidłowe komórki, czyli uzyskać największy efekt terapeutyczny, ale w jak najmniejszym stopniu uszkodzić komórki zdrowe, aby nie wywoływać działań ubocznych”[3].
Warto nadmienić, że duża część światowej produkcji radiofarmaceutyków pochodzi z Polski, bowiem reaktor MARIA zajmuje między innymi produkcją tego typu specyfików[4]
Kolejnym ważnym działem naszego życia korzystającym ze zjawiska promenowania jest przemysł. Izotopy promieniotwórcze znalazły w nim jedno z najszerszych zastosowań. Są one stosowane w licznych detektorach emitujących wiązkę promieniowania i będących w stanie wykryć wady danego produktu lub konstrukcji Dla przykładu w/w miernikach grubości zastosowanie znalazł Am241. Znajdziemy je także w czujnikach dymu bądź aparaturze mierzącej przepływ cieczy w danym układzie.
Promieniowanie jonizujące znalazło również zastosowanie w dezynfekcji, ponieważ jego niszczące działanie w stosunku do materii organicznej świetnie sprawdza się w eliminacji wszelkiego rodzaju patogenów oraz grzybów. Część pierwiastków promieniotwórczych wykorzystuje się w eksploracji kosmosu, zasilają one niektóre urządzenia wyniesione w przestrzeń kosmiczna, np. Pu238. Kolejną dziedziną, gdzie można znaleźć pierwiastki i izotopy promieniotwórcze to biologia molekularna, gdzie używa się ich, między innymi, jako znaczniki tak np. P32 [5]. Nawet uran, który kojarzony jest głównie bądź z bronią jądrową, bądź reaktorami atomowymi, znalazł również inne zastosowania. Tak bowiem używany był [6] on do barwienia szkła na zielono. Tak zwane szkło uranowe popularne było w XIX wieku, dzisiaj już dość rzadkie, a jego cechą charakterystyczna jest świecenie w promieniach ultrafioletu. Zubożony uran z kolei stosowany był jako balast w samolotach pasażerskich [7]. Izotopy promieniotwórcze znalazły również zastosowanie w/w geologii oraz archeologii, między innymi przy datowaniu skał bądź artefaktów metodami węglowymi oraz innymi.
Z przedstawionego krótkiego opisu zastosowań promieniowania w życiu codziennym, wyłania się obraz, na podstawie którego można założyć, że współczesny świat wyglądałby zupełnie inaczej, gdyby pierwiastków i izotopów promieniotwórczych nie było.
Poza zastosowaniem cywilnym nie sposób nie wspomnieć o zastosowaniu militarnym tego typu pierwiastków.
W tym kontekście na pierwszy plan zawsze wysunie się broń jądrowa. Jest to oczywiście uzasadnione tym, że właśnie tam izotopy promieniotwórcze znalazły najbardziej spektakularne zastosowanie, dając początek najsilniejszej broni, jaką dysponuje ludzkość. Tak naprawdę historia broni jądrowej zaczęła się wraz z odkryciem zjawiska promieniotwórczości, niemniej jej stworzenie zawdzięczamy projektowi pn. „Manhattan”. Pierwsza udana detonacja ładunku atomowego nastąpiła w 1945 roku, kiedy po raz pierwszy i jak na razie jedyny w historii wykorzystano ten typ uzbrojenia w warunkach bojowych. Kolejnym przełomem była detonacja ładunku termonuklearnego, tak zwanej bomby wodorowej, co nastąpiło w 1952 roku [8]. W latach 80. XX wieku ilości ładunków jądrowych na świecie osiągnęła prawie 100 tys. sztuk, od czasu zakończenia zimnej wojny do wybuchu wojny na Ukrainie [9] doszło natomiast do znacznego ograniczenia tego typu arsenału. Obecnie broń jądrową posiada 9 państw [10]. Poza bronią atomową w rozumieniu bomby jądrowej, izotopy promieniotwórcze, mogą znaleźć zastosowanie w tak zwanej brudnej bombie, której głównym celem jest skarżenie jak największego obszaru promieniowaniem. Ponadto w wojskowości zastosowanie znalazły różnego rodzaju czujniki oraz detektory, a zubożony uran wykorzystywany jest do produkcji pocisków i amunicji[11].
Warto również podkreślić, że wykorzystanie tego typu pierwiastków nie musi mieć jedynie charakteru ofensywnego. Wynika to z faktu, iż decydenci wojskowi zdali sobie dość szybko sprawę, że same pierwiastki promieniotwórcze mają także potencjał defensywny. Przykładem takiego zastosowania są chociażby nowoczesne pancerze czołgów skonstruowane z zubożonego uranu. Ich działanie skupia się na pochłanianiu energii kinetycznej wyzwolonej przez pociski uderzające w pancerz. Jednak działa to na zasadzie odmiennej od zwykłego rodzaju pancerza, ponieważ pancerz uranowy nie osłabia się po trafieniu, a wręcz przeciwnie staje się twardszy. Wynika to z tzw. efektu samo hartowania, który polega na tym, że w momencie uderzenia pocisku w pancerz, pod wpływem ciśnienia i wysokiej temperatury, uran twardnieje, co w efektywny sposób przekłada się na trwałość konstrukcji.
Innym militarnym wykorzystaniem energii atomowej są chociażby reaktory jądrowe służące do napędzania okrętów atomowych. Z racji na ich sposób działania, oraz uzyskiwane za ich pomocą wręcz nieograniczone zasoby energii, przy praktycznie zerowej generacji jakichkolwiek odpadów, czyni je wręcz niewidzialnymi. Tak naprawdę położenie tych okrętów jest wręcz niemożliwe do ustalenia dla strony przeciwnej. Ich jedyną wadą są tak naprawdę ludzie, gdyż to głównie oni wymagają okresowego uzupełniania zapasów. W tym miejscu warto również podkreślić, że oprócz okrętów podwodnych istnieją również jednostki nawodne które wykorzystują zasilanie energią atomową, jak na przykład rosyjski krążownik ciężki „Piotr Wielki”, czy chociażby amerykańskie lotniskowce klasy Nimitz. Jednak w tym wypadku działania takich jednostek są o wiele mniej opłacalne ze względu na ich dużo większą podatność na zniszczenie. Jest to również pewnego rodzaju problem gdyż zniszczenie takiego okrętu niewątpliwie będzie wiązało się ze skażeniem radiologicznym pewnego obszaru w miejscu, gdzie zostanie on utracony. Tym samym sprawia to, że zniszczenie takich jednostek jest dość często stawiane na równi z wykorzystaniem broni jądrowej.
Jak widać technologia nuklearna odgrywa niesamowitą rolę w naszym codziennym życiu. Dodając do tego kolejny etap ewolucji w postaci rozwoju sztucznej inteligencji należy stwierdzić, iż jest to niewątpliwie droga do przyszłości. Dlatego tym bardziej należy rozwijać tę sferę życia wspierając i realizując kolejne inwestycje z tej dziedziny. Dziękujemy Państwu za uwagę oraz zapraszamyndo obserwowania kolejnych artykułów z naszej serii #PostępAtomowy.
mgr Michał Kowalski, mgr Michał Krawczyk / 09.07.2024 r.
[1] https://www.gov.pl/web/polski-atom/promieniowanie-jonizujace-w-medycynie
[2] Warszawski Uniwersytet Medyczny.
[3] https://www.wum.edu.pl/node/17674.
[4] Więcej o samym reaktorze na https://www.ncbj.gov.pl/reaktor-maria.
[5] https://zpe.gov.pl/a/przeczytaj/DLCgsiUSG.
[6] Głównie tlenki uranu.
[7] Zmieniło się to po katastrofie lotu El Al 1862 w 1992.
[8] Bomba tego typu to ładunek dwustopniowy, aby zainicjować reakcje termojądrową potrzebne jest uzyskanie ogromnej temperatury, którą zapewnia detonacja ładunku jądrowego.
[9] Od 2022 roku obserwuje się zwiększenie nakładów na produkcję nowego typu tej broni.
[10] Są to USA, Rosja, CHRL, Wielka Brytania, Francja, Indie, Pakistan, Korea Północna, oraz Izrael. W przypadku tego ostatniego kraju jego władze nigdy nie potwierdziły tej informacji.
[11] Z uwagi na jego dużą gęstość.