Rzecz o Marii Curie-Skłodowskiej, jej odkryciach i najczęściej popełnianych błędach

Rozróżnienie promieniotwórczości, napromieniowania i naświetlenia wciąż stanowi problem nawet dla osób z wyższym wykształceniem. A przecież to właśnie za sprawą Marii Curie-Skłodowskiej polska nauka wniosła tak wiele do nauki światowej. I wciąż stanowi podstawę rozwoju wielu jej gałęzi – pisze Wojciech GŁUSZEWSKI

.Pionierskie prace dwukrotnej laureatki Nagrody Nobla, Marii Curie-Skłodowskiej dały początek licznym zastosowaniom energii jądrowej w przemyśle, medycynie, ochronie środowiska, rolnictwie, obronności, nauce i kosmonautyce. Wyraźnie podkreślam że chodzi o energię, której przemiany są oczywiście wykorzystywana również w energetyce. Należy pamiętać o innych zastosowaniach promieniowania jonizującego, które są równie ważne a obroty finansowe z tym związane porównywalne z energetyka jądrową. Przykładem jest radiacyjna sterylizacja wyrobów medycznych, farmaceutyków, kosmetyków, przeszczepów oraz ziół, przypraw ziołowych i żywności. Unikatową cechą tej metody jest możliwość wyjaławiania wyrobów w całej objętości, w opakowaniach jednostkowych i kartonie zbiorczym. Obecnie rutynowo wykorzystuje się dla tych celów promieniowania gamma, rentgenowskie oraz wiązki przyspieszonych w akceleratorze elektronów.

Napromieniowany czy promieniotwórczy?

Marii Curie-Skłodowskiej zawdzięczamy wprowadzenie do nauki pojęcia radiolizy. Termin powstał przez analogię do elektrolizy. Uczona zauważyła bowiem, że promieniowanie alfa (α) powoduje wydzielanie wodoru i tlenu z wody.  Słowo przyjęło się w chemii radiacyjnej, chociaż współcześnie zmieniło znaczenie. Jest to ogół procesów chemicznych wywołanych przez działanie promieniowania jonizującego na materię. Warto zwrócić uwagę na pracę „Sur l’etude des courbes de probabilite relatives a l’action des rayons X sur les bacilles”, którą Curie-Skłodowska opublikowała w roku 1929 w „Compte rendu”. Autorka przedstawiła wówczas po raz pierwszy krzywe tzw. radiacyjnej inaktywacji, czyli zależności między przeżywalnością bakterii a wielkością pochłoniętej dawki promieniowania. Publikacja ta z dzisiejszego punktu widzenia jest pierwszą pracą kompleksowo opisującą zagadnienia z dziedziny radiacyjnej sterylizacji.

W tym kontekście zwracam uwagę na kilka kwestii nomenklaturowych z zakresu chemii radiacyjnej, które mogą być interesujące dla szerszego ogółu czytelników. Niewłaściwe użycie niektórych zwrotów potrafi zupełnie wypaczyć sens wypowiedzi. Przykładowo wielu dziennikarzy zamiennie stosuje zwrot napromieniowany i promieniotwórczy. Stwarza to wrażenie, że materiał napromieniowany staje się automatycznie radioaktywny. Jest to oczywiście nieprawda. We wszystkich procesach wykorzystujących dla celów przemysłowych promieniowanie gamma i wiązki elektronów zjawisko indukcji radionuklidów jest fizycznie niemożliwe. Teoretycznie przy bardzo dużych energiach elektronów prawdopodobne są reakcje fotojądrowe z udziałem niewielkiej ilości kwantów promieniowania rentgenowskiego powstających w wyniku hamowania elektronów. Ograniczenie energii wiązki elektronów w instalacjach przemysłowych do 10 MeV zupełnie eliminuje to zjawisko.

Dla pocieszenie przypominam, że również Maria Curie-Skłodowska początkowo popełniła podobną pomyłkę. W „Chemiku Polskim” (tygodniku poświęconym wszystkim gałęziom chemii teoretycznej i stosowanej) z roku 1904 opublikowała artykuł „Promieniotwórczość. Badania ciał radioaktywnych”, w którym pisze cyt. „wszystkie ciała stają się promieniotwórczymi, skoro przez pewien czas przebywać będą w sąsiedztwie soli radonośnych”. Dzisiaj wiemy, że uczona była w błędzie. Na początku XX wieku poznawano dopiero zjawiska promieniotwórczości. Np. jądro atomowe odkryto dopiero w roku 1911. Uczona miała po prostu zbyt mało informacji, aby właściwie ocenić wpływ promieniowania jonizującego na materię. Pomyłka ta spowodowana była zapewne przez gazowy, radioaktywny radon, produkt rozpadu radu.

Naświetlony czy napromieniowany?

Równie często i to nawet wśród naukowców zamiennie używa się terminów napromieniowany i naświetlany. Należy jednak pamiętać, o zasadniczej różnicy w oddziaływaniu na materię światła i promieniowania jonizującego. To pierwsze pochłaniane jest selektywnie przez tzw. grupy chromoforowe, czyli regiony cząsteczek, w których energia potrzebna na przeniesienie elektronu pomiędzy orbitalami jest w zakresie światła widzialnego. Promieniowanie jonizujące (z definicji powodujące wybicie elektronu z atomu lub cząsteczki) odkładane jest we wszystkich składnikach materiału w sposób proporcjonalny do ich udziałów elektronowych. Obrazowo mówiąc, niewielkie ilości dodatków odgrywających podstawową rolę w fotochemii są praktycznie niewidoczne dla promieniowania jonizującego.

O naświetlaniu zwykle mówią lekarze przy zabiegach radioterapii. Można to usprawiedliwić, bo brzmi bardziej sympatycznie niż napromieniowanie. Zresztą granica między promieniowaniem jonizującym a światłem słonecznym jest formalnie bardzo wąska. W prawie atomowym znajdziemy definicję promieniowania jonizującego – jako składającego się z cząstek bezpośrednio lub pośrednio jonizujących albo z obu rodzajów tych cząstek lub fal elektromagnetycznych o długości do 100 nm (nanometrów). Tymczasem dolna granica widma promieniowania słonecznego (ultrafiolet C) rozciąga się od 100 do 280 nm. Przy takiej definicji poparzenia słonecznego nie można zgłaszać, jako wypadku radiacyjnego. Mimo, że jest to formalnie efekt procesów termojądrowych na Słońcu (światło dociera do Ziemi po 8 minutach i 20 sekundach).  Można jeszcze dodać, że światło o długości fali 100 nm posiada energię (12,4 eV) wystarczającą do jonizacji wielu pierwiastków. Powinni to brać pod uwagę amatorzy kąpieli słonecznych.

Radiacyjna konserwacja obiektów o znaczeniu historycznym

Innym przykładem, kontrowersji, jakie wzbudza zastosowanie promieniowania jonizującego są radiacyjna dezynfekcja, dezynsekcja i konsolidacja dziel sztuki. Ściślej mówiąc obiektów o znaczeniu historycznym. Radiacyjna konserwacja jest interesującą propozycją dla muzeów, archiwów, bibliotek i prywatnych kolekcjonerów. Zdarza się często, że przedmiot lub jego fragment znajdujemy w tak złym stanie, że jedynym sposobem uratowania go jest zastosowanie tzw. metody konsolidacji. Proces ten polega na wprowadzeniu do struktury drewna roztworu polimeru, który następnie pod wpływem promieniowania jonizującego ulega sieciowaniu. We Francji stosuje się w tym celu np. roztwory poliestru w styrenie. W wyniku obróbki radiacyjnej, w materiale polimerowym powstają wiązania poprzeczne. W efekcie następuje radykalne polepszenie właściwości mechanicznych obiektu przy zachowaniu jego kształtu i wyglądu. Inaczej mówiąc, spróchniałe i rozpadające się drewno zostaje zamienione w swego rodzaju kompozyt celulozy, ligniny i tworzywa sztucznego. Przezroczysty materiał polimerowy daje gwarancję, że obiekt nic nie traci wizualnie.

Oglądając zbiory w muzeum nie zwrócimy nawet uwagi, że eksponat poddano tak gruntownej konserwacji. Jak trwały jest przedmiot po takim zabiegu niech świadczy fakt, że technikę konsolidacji stosuje się komercyjnie do produkcji parkietów podłogowych. Można w ten sposób oczywiście konserwować również posadzki o znaczeniu historycznym. Klepki otrzymane poprzez konsolidację nie wymagają lakierowania, są odporne na działanie wody, stosunkowo wysokiej temperatury i posiadają znacznie podwyższoną w porównaniu do drewna mikrotwardość. Nie ma obawy, że np. niedopałek papierosa uszkodzi parkiet lub kobiety w szpilkach zniszczą podłogę. 

Wnioski praktyczne

Na koniec kilka praktycznych rad, które mogą pomóc w rozróżnieniu promieniotwórczości i napromieniowania. Pierwiastkami promieniotwórczymi (radionuklidami) zajmuje się radiochemia a jednostką radioaktywności jest Bq, czyli jeden rozpad na sekundę. Dla napromieniowania będącego domeną chemii radiacyjnej wielkością podstawową jest dawka pochłonięta energii promieniowania wyrażona w greach (symbol, Gy), czyli J/kg. Stwierdzenie czy obiekt, również człowiek został napromieniowany małymi dawkami jest bardzo trudne. Przykładowo napromieniowanie naszego organizmu dawką 100 krotnie wyższą od rocznych dawek granicznych dla ogółu ludności jest prawie niemożliwe. Identyfikacją napromieniowania żywności zajmują się wyspecjalizowane laboratoria. Analizy są prowadzone nie dlatego, że żywność jest niebezpieczna, ale po to aby  konsument miał prawo wyboru.

Warto na koniec jeszcze raz powtórzyć: promieniotwórczość nie jest zaraźliwa!

Wojciech Głuszewski