Jesteśmy promieniotwórczy

Najwięcej w nas atomów tlenu, węgla, wodoru i azotu. Ale gdyby dobrze poszukać, da się znaleźć całą tablicę Mendelejewa. Także atomy izotopów promieniotwórczych, czyli takich, których jądra są niestabilne i rozpadają się, emitując promieniowanie jądrowe.
Czy jest ono szkodliwe? Gdy jest niewielkie, to nie ma się czego obawiać. Niektórzy naukowcy twierdzą nawet, że takie małe dawki promieniowania mają korzystny wpływ na nasze zdrowie i stymulują komórkowe mechanizmy naprawcze. Promieniowanie, które emitujemy, jest zazwyczaj bardzo słabe i stanowi naturalną, nieodłączną część naszego życia. Towarzyszy ludziom od zawsze, a nasze organizmy są dobrze do niego przystosowane.
Co więcej, nie tylko my sami promieniujemy. Pewna ilość pierwiastków promieniotwórczych zawarta jest też w wodzie, owocach, warzywach, mięsie i innych produktach, które zjadamy na co dzień.
Np. pomidory lub banany są świetnym źródłem potasu. Dostarczając go do naszego organizmu, zjadamy również atomy promieniotwórczego izotopu potasu 40, które w naturalny sposób stanowią około 0,01 proc. wszystkich atomów tego pierwiastka na Ziemi. Wędrują one następnie do naszych mięśni, gdzie cały czas się rozpadają, emitując promieniowanie gamma. W każdej sekundzie, w każdym z nas, rozpada się około 4 tys. jąder izotopu potasu 40, wytwarzając promieniowanie, które wydostaje się na zewnątrz. Zatem każdy z nas jest żywym, chodzącym źródłem promieniowania.
A ono może zostać zarejestrowane przez spektrometr całego ciała.

Kilkanaście ton stali

W Polsce istnieją dwa takie urządzenia. Jedno znajduje się w krakowskim Instytucie Fizyki Jądrowej PAN. Krakowski spektrometr został zbudowany z XIX-wiecznej stali, wolnej od występujących współcześnie domieszek promieniotwórczego kobaltu 60. Jest wielkości „malucha”, waży 18 ton, a grube na 15 cm ściany zapewniają doskonałą izolację od innych źródeł promieniowania, np. pochodzącego z kosmosu. Znajdujące się w nim trzy detektory promieniowania gamma potrafią zarejestrować nawet pojedyncze kwanty promieniowania i podać ich energię.
Taki pomiar pozwala ustalić, jaki pierwiastek wyemitował promieniowanie. Każde jądro rozpada się bowiem w charakterystyczny dla siebie sposób, wysyłając kwanty o ściśle określonej energii. Np. podczas rozpadu wspomnianego potasu 40 emitowane są fotony o energii 1,46 megaelektronowolta. Zarejestrowanie takich właśnie kwantów pozwala potwierdzić występowanie tego izotopu w naszym ciele. A mierząc ich ilość, możemy obliczyć, ile atomów tego pierwiastka zawieramy.
Sam pomiar trwa godzinę, a pacjent zamknięty we wnętrzu spektrometru ma możliwość oglądania telewizji lub wybranego filmu. Żeby porozumieć się z operatorem na zewnątrz, nie trzeba pukać w grube ściany, wystarczy skorzystać z komunikatora umieszczonego przy łóżku. Oczywiście, można się też odprężyć i uciąć sobie drzemkę.
Tuż po zakończeniu pomiaru fizyk, operator spektrometru, dostarcza nam profesjonalną analizę i podaje, ile i jakich atomów izotopów promieniotwórczych nosimy. Spektrometr w Instytucie Fizyki PAN jest ogólnodostępny, a badanie jest darmowe. Każdy chętny może sprawdzić, jak promieniuje jego ciało i co jest tego przyczyną, a na pamiątkę odebrać wydruk widma zarejestrowanego promieniowania – osobisty promieniotwórczy „odcisk palca”.

Izotopy w podgrzybkach

Na co dzień spektrometr wykorzystuje się jednak do badania osób, które z powodów zawodowych lub zdrowotnych narażone są na pochłanianie sztucznych pierwiastków promieniotwórczych. Np. pracownicy wytwarzający izotopy dla medycyny lub sami pacjenci diagnozowani i leczeni przy pomocy preparatów promieniotwórczych. W ich ciałach często można znaleźć sztuczny izotop technetu 99. Zaś u osób tuż po rozpoznaniu i terapii nowotworu tarczycy można wykryć jod 131, którego zbyt wysoki poziom może szkodliwie oddziaływać na zdrowie.
Prowadzono tu też pomiary u czterech osób, które przebywały w Japonii podczas awarii elektrowni jądrowej w Fukushimie w 2011 r. Istniało podejrzenie, że pochłonęły pewną ilość sztucznych izotopów promieniotwórczych. I rzeczywiście, pomiary wykazały obecność jodu 131. Na szczęście nie było zagrożenia dla zdrowia ze względu na niską aktywność zarejestrowanego izotopu.
Dzięki swoim rozmiarom urządzenie może również służyć do pomiaru stężenia substancji promieniotwórczych w dużych przedmiotach. Mierzone w nim były np. ubrania wystawione na deszcz w Japonii po awarii w Fukushimie czy meteoryt „Sołtmany”, który spadł w powiecie giżyckim 30 kwietnia 2011 r.
Co ciekawe, spektrometr może też coś powiedzieć o naszej diecie. Wśród osób spożywających dziczyznę, grzyby lub orzechy można czasem wykryć obecność promieniotwórczego izotopu cezu 137. Prawdopodobieństwo wystąpienia tego pierwiastka w organiźmie jest najwyższe wśród wielbicieli podgrzybka brunatnego i orzechów brazylijskich. Jednak zawartość cezu w tych produktach jest bardzo niska – trzeba by zjeść ich naprawdę sporo, aby spektrometr cokolwiek pokazał. Grzybiarze nie mają się więc czego obawiać. ©

MICHAŁ KRUPIŃSKI jest doktorem fizyki, pracuje w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN. Zajmuje się również popularyzacją nauki. Jest laureatem specjalnego wyróżnienia w konkursie Popularyzator Nauki 2013 PAP i MNiSW.