Jak se chránit před radioaktivitou - alfa zářením

Odkud se bere alfa záření, jak reaguje s hmotou a proč je zároveň nejméně a nejvíce nebezpečným druhem “radioaktivity”? Délka blogu (15 min.)

Záření, které dostalo jméno alfa, se skládá z dvojnásobně kladně nabitých heliových jader, ve kterých se skrývají hned dva protony a dva neutrony. Přítomnost dvou protonů vyžaduje, aby měl neutrální heliový atom ve svém obalu dva záporné náboje - elektrony. To, čemu říkáme alfa záření,  tyto elektrony nemá. Zato má tendenci - je z okolní hmoty ukrást.

Alfa záření v naší přírodě nevzniká z helia, jak by se na první pohled (a díky podobné struktuře) mohlo zdát - ale je výsledkem spontánního rozpadu jader těžkých prvků. Na hélium se může ale proměnit: alfa částice s malou energií jsou schopné ve svém okolí “odchytit” elektrony, které mu zpočátku chyběly.

Na Zemi by se tedy měla koncentrace helia zvyšovat - proč tomu tak není? Vždyť nedávno se dokonce mluvilo o tom, že je helia nedostatek? Helium a vodík jsou ony dva plyny, které  se z naší atmosféry aktivně ztrácí. Jsou lehčí než vzduch a mají tendenci se koncentrovat ve vyšších vrstvách atmosféry. Odtud pozvolna unikají do meziplanetárního prostoru. My - a s námi veškerý život na naší planetě - máme štěstí. Jiný plyn (kyslík), který je pro nás daleko důležitější, má natolik těžká jádra, že se jim z gravitačního pole Země nedaří uniknout tak snadno.

Předtím, než se alfa částice bude moci přeměnit na atom helia, musí projít různými interakcemi. Díky své hmotnosti (na rozdíl od minule zmiňovaného elektronu je to opravdový otesánek) a svému dvojnásobnému kladnému náboji reaguje s ostatní hmotou ještě daleko intenzivněji než relativně lehké a záporně nabité částice beta záření.

Interakce s okolní hmotou

Interakci mezi alfa zářením a okolní hmotou si můžeme představit jako bowling nebo hru s kuželkami, zatímco beta záření hraje s hmotou spíše kulečník. Rychle letící těžká kuželková koule (alfa částice) narazí na kuželky (atomy hmoty) a během krátké doby je pokácí (poškodí, ionizuje).

Částice přitom ztrácí svou původní energii, nakonec si pro sebe uzme dva cizí elektrony a končí svou aktivitu spokojeně coby netečný atom helia.

Zároveň to také znamená, že jsou alfa částice nebezpečné jen v těsné blízkosti zdroje záření. “Vyřádí” se například už na několika prvních centimetrech vzduchu.

To sice nemůžeme pozorovat přímo, protože jevy, které doprovázejí let alfa částice a postupnou ztrátu její energie, jsou pouhým okem neviditelné. Tyto jevy se ale dají vizualizovat v tzv. mlžné komoře.

Wilsonova mlžná komora

je fyzikální přístroj umožňující pozorovat dráhy elektricky nabitých částic. Částice prolétávající vzduchem obsahujícím podchlazené páry v něm zanechávají stopu v podobě vysrážených kapiček vody. Tyto stopy lze následně vyfotografovat.

Jak probíhá interakce alfa záření s hmotou?

Alfa částice reagují s okolní hmotou intenzivně - ale ne pořád stejně. Na počátku své dráhy způsobují jen malé množství škod.

Na horním obrázku je vidět vliv alfa částice na své okolí, vizualizovaný v mlžné komoře. Zdroj leží vlevo nahoře. Na počátku své dráhy zjevně reaguje alfa částice s okolními atomy jen letmo a nepříliš často. Jak je to možné?

Hned po opuštění svého rodiště jsou částice ještě hodně rychlé. Běžné alfa částice v sobě nesou energii kolem 5 MeV - a mají tedy i značnou rychlost. Proto je doba, po kterou působí na určitý atom ve svém okolí jen velmi krátká. Jeho ionizace je tedy poměrně nepravděpodobná. Na počátečním úseku své  dráhy nezanechává alfa záření moc poškozených atomů.

Přesto dochází ke sporadickým interakcím, při kterých ztrácí alfa částice část své energie. Ve druhé fázi své dráhy je pak pomalejší a při průletu kolem atomů okolní hmoty má tedy k dispozici delší dobu na to, aby mohla interagovat. Stoupá tím také pravděpodobnost, že skutečně dojde k poškození okolní hmoty, k její ionizaci. Na tomto úseku se energie částice doslova “vybije” při ionizaci okolních atomů.

Následuje úsek, kde aktivita střemhlavě klesá až zmizí úplně.

Jak daleko se dostane alfa částice?

Běžně vznikající přírodní alfa záření se dá odstínit už pár centimetry vzduchu nebo listem papíru.

Když dopadne na kůži, pohltí se už v prvních mikrometrech - tedy svrchních vrstvách kůže. Těm se říká doslovně “mrtvá vrstva”. I když v ní záření způsobí nemalé škody, živému organismu to neuškodí - mrtvější než mrtvá totiž tato vrstva kůže být nemůže.

Alfa záření, které se nachází vně našeho těla je tedy jen málo (pokud vůbec) nebezpečné. Logicky se ale situace drasticky mění v momentě, kdy se dostane dovnitř těla. Tam tkáně nechrání žádná mrtvá vrstva. Materiály, které vysílají alfa částice pak způsobují ve svém bezprostředním okolí značné škody.

Shrnutí

Mezi ostatními druhy radioaktivního záření jsou tedy alfa částice doslova Dr. Jekyll a Mr. Hyde. Jejich temnou stránku si vychutnáváme každý den. Naše osobní radioaktivita je způsobena chemickými prvky, které jsou nezbytné pro náš život.

Draslík, fosfor, sodík a někteří jejich kolegové totiž nejsou zastoupeny jen stabilními jádry atomů - určitá malá část připadá také na nestabilní izotopy, vesměs alfa a beta zářiče.

V jednom litru mléka se tak “skrývá” díky izotopu K-40 až 60 radioaktivních rozpadů za sekundu, v kilogramu masa užitkových zvířat to může být až 150 rozpadů za sekundu.

Vyplatí se kvůli tomu stát vegetariánem?

Těžko. Také kilogram zeleniny totiž “osvěží” náš organismus 150 rozpady za sekundu. A nasytí nás přitom jistě méně. Stejně je na tom ovoce. Pravými rekordmany jsou ořechy, které tvoří značnou část stravy sekty, která upřednostňuje “raw” nevařené jídlo. U ořechů za to může jejich schopnost vázat radioaktivní radon, plyn, vystupující z nitra země. Lískové oříšky vás obšťastní až 270 rozpady za sekundu, zatímco vlašské ořechy jsou schopné po vánocích, když se všeobecně jí hodně cukroví s ořechy, vaši celkovou tělesnou radioaktivitu až zdvojnásobit.

Díky vrozenému obrannému mechanismu, který aktivně hledá škody v našich buňkách a snaží se je neustále opravovat, pro nás naštěstí není naše tělesná radioaktivita moc nebezpečná. Pro srovnání - u průměrného dospělého dosahuje hodnot  kolem 3500 - 5500 rozpadů za vteřinu (záleží na hmotnosti a množství krve, která koluje v žilách).

align="justify"Zdroje:www.bfs.de,RadioaktivitätundStrahlenschutz/ Informationskreis Kernenergie, https://www.vis.bayern.de/ernaehrung/lebensmittelsicherheit/unerwuenschte_stoffe/radioaktivitaet.htm