POUŽITÍ ZÁŘENÍ

Rentgenový počítačový tomograf.

Používání radiační a jaderné techniky v medicíně, průmyslu, zemědělství, energetice a v jiných vědeckých a technických oborech znamenalo ohromný přínos pro lidskou společnost. Elektřina z jaderných elektráren není tedy zdaleka jedinou výhodou, kterou nám svět atomů poskytuje.

ZDRAVOTNICTVÍ

Díky radiačním diagnostickým a léčebným aplikacím bylo zachráněno mnoho lidských životů. Tři ze čtyř hospitalizovaných pacientů v průmyslově vyspělých zemích mají nějakým způsobem prospěch z nukleární medicíny. Každý z nás se už pravděpodobně v životě setkal s rentgenem. Známe radioterapii jako revoluční způsob léčení rakoviny.

Scintigram mozku

Nukleární medicína
Vybrané radionuklidy se používají pro zobrazení orgánů nebo procesů v lidském těle, např. ledvin, štítné žlázy, srdce, struktury kostí, nádorů apod. Vhodná látka se označí radionuklidem a vpraví do těla. Koluje krevním oběhem a podle svých vlastností se usazuje ve sledovaném orgánu. Zobrazovací zařízení pak detekuje vysílané záření a ve spojení s počítačem umožní vytvořit obraz zkoumaného orgánu. Používají se radionuklidy s krátkým poločasem přeměny, aby pacient nebyl zbytečně zatěžován. Stopovací vyšetření umožňují sledovat základní životní pochody, např. proudění krve, činnost ledvin, plic atd.

Radioimunoanalýza
Pomocí značených látek a protilátek se ve zkumavce studují vzorky tělních tekutin (např. krve) a velmi přesně se tak stanovují hormony, enzymy, viry, některé drogy a jiné látky. Spolehlivě zjistí přítomnost látky již při koncentraci 0,000 000 000 001 g v 1 litru. Při radioimunoanalýze pacient do žádného kontaktu s radioaktivní látkou nepřijde.

Brachyterapeutické zářiče.
Různé tvary jehel a tub naplněné radioaktivním zářičem se aplikují přímo do těla pacienta, do nádorového ložiska, nebo tělní dutiny. Potřebná léčebná dávka záření se dosáhne jednak aktivitou aplikovaných zářičů, jednak dobou, po kteropu jsou v těle pacienta umístěny.

Radiofarmaka
Léčiva obsahující radionuklidy se užívají v diagnostice, ke stopovacím účelům i k terapii. Radiofarmaka se chemicky ani biologicky neliší od příslušného neaktivního léčiva. V praxi se používají takové sloučeniny, které se selektivně zachytávají a koncentrují v určitém orgánu a umožňují tak při diagnóze sledovat jeho tvar. Při terapii mohou radiofarmaka selektivně nahromaděná v rakovinné tkáni účinně ozařovat nádor zevnitř.

Léčení nádorů
Pro radioterapii se nejčastěji užívají silné zářiče gama, rentgenové záření a někdy i záření z urychlovačů. Někdy se zářiče ve tvaru jehel aplikují přímo do nádorového ložiska nebo tělní dutiny. Nádory jsou tvořené mladými buňkami, které se velmi rychle dělí a jsou mnohokrát citlivější k záření než zdravá tkáň. Místo, v němž je zhoubný nádor, se s velkou přesností ozáří a nádor se tak zničí. Na tomto principu je založen i Leksellův gama nůž, který úspěšně léčí nádory a jiné chorobné procesy v lidském mozku. 

Leksellův gama nůž
Někteří nemocní mají mozkový nádor, který nejde vyoperovat klasickou metodou. Jiní nemocní trpí deformací nitrolebečních cév a krvácením do mozku. Tam, kde nepomůže neurochirurgie, může pomoci radiochirurgie, tj. zničení nemocné tkáně paprskem záření. Může se jednat o paprsek částic urychlených v urychlovači, nebo o paprsek záření gama z radionuklidu 60Co.
Metodu zavedl švédský neurochirurg profesor Lars Leksell. První zařízení - pojmenované po svém objeviteli Leksellův gama nůž - bylo sestrojeno ve Švédsku v roce 1968. Gama nůž se skládá z pohyblivého operačního stolu a z velké ocelové ozařovací hlavice, která obsahuje 201 kobaltových zářičů ve formě proutků. Důmyslný systém clon zajistí namíření jednotlivých paprsků záření do místa, které má být operováno, s přesností 0,1 mm. Celé zařízení je řízeno počítačem. Vysoká dávka záření gama zničí v krátkém okamžiku a zcela bezbolestně přesně vymezený a ostře ohraničený kousek tkáně. Terapie trvá 5 až 30 minut, celá procedura včetně předchozího zobrazení tkání a cév v mozku a radiofyzikálních výpočtů asi 3 až 5 hodin. Druhý den může jít pacient domů.
Díky peněžní sbírce má Česká republika vlastní gama nůž v pražské nemocnici Na Homolce.

Sterilizace
Zdravotnický materiál, injekční stříkačky, nástroje, protézy, obvazy atd. se ozářením zbaví bacilů a jiných škodlivých mikroorganismů. Výhodou je, že se může sterilizovat jednak materiál už neprodyšně uzavřený, neboť záření pronikne i obalem, jednak se mohou sterilizovat materiály, které nelze ošetřit klasicky, např. horkým vzduchem nebo vyvařením.

Šlechtitelství je náročné na čas a trpělivost. Radiační mutace pomáhají získat rychlejší výsledky.

ZEMĚDĚLSTVÍ

Aplikace jaderné techniky v zemědělství přinesla podivuhodné zlepšení, pokud jde o odrůdy a výnosy zemědělských plodin. Na Zemi 35 tisíc lidí denně umírá hlady. Radionuklidy a záření pomáhají snižovat toto hrozné číslo.

Potravinářství
   Hniloba, škůdci, plísně a předčasné vyklíčení osiva znehodnotí ročně na Zemi 25 až 30 % všech potravin. Záření gama ničí škůdce a mikroby, sterilizuje. 30 let se již v mnoha zemích světa ozařují plodiny, koření, ovoce, houby, ryby i hotová jídla (sterilní dieta pro těžké pacienty nebo pro kosmonauty). Ozářené potraviny jsou naprosto nezávadné a zdravější, než chemicky ošetřované.
Ozařování potravin je nyní dovoleno v 36 zemích jako alternativa k chemickému zpracování. Používá se ke zpomalení klíčení nebo k ničení choroboplodných zárodků.

Ozářené a neozářené jahody skladované
1 týden v chladu.

Potraviny takto ozářené nejsou samy radioaktivní, tedy ani jejich konzumenti nejsou ohroženi zářením. Ozářené potraviny jsou označeny, aby spotřebitel byl ujištěn o jejich nezávadnosti a mohl se rozhodnout, zda je chce koupit.
Ozáření semen rostlin může vyvolat mutaci, v důsledku níž se změní důležité vlastnosti kulturních plodin, nebo vznikne nová odrůda s vyšším výnosem, vyšším obsahem výživných látek, odolnější proti chorobám a nepřízni počasí, proti polehnutí, s výhodnější dobou zralosti apod. Záření se ve šlechtitelství používá již více než 50 let.

Likvidace škodlivého hmyzu
Značná část úrody, hlavně v rozvojových zemích, padne za oběť škodlivému hmyzu. Jiný hmyz přenáší nebezpečné choroby na užitková zvířata i na člověka. V boji proti hmyzu se často používají jedovaté nebezpečné látky, škodlivé i pro člověka a celou ostatní přírodu. Radiační technika životní prostředí neohrožuje ani v nejmenším. V laboratoři se vypěstuje velké množství samečků příslušného hmyzu a ti se sterilizují, tj. ozáří se takovou dávkou záření, že nemohou mít živé potomstvo. Ozáření samečci se vypustí do přírody, páří se se samičkami, ale nakladená vajíčka jsou neoplozená a nová generace se nenarodí. V některých zemích se tak podařilo výrazně snížit populace škodlivého hmyzu.

Skleník jaderného zemědělského centra CENA
v Brazílii. Jaderné metody zde pomáhají při šlechtění, zkoumání výživy rostlin a
v parazitologii.

Hnojiva
Hnojiva jsou drahá a v případě nadměrného nebo chybného použití mohou ohrozit jak zdraví člověka, tak poškodit životní prostředí. Je potřeba, aby se hnojivo dostalo do rostlin a minimalizovaly se jeho ztráty vznikající špatným rozmístěním nebo hnojením v nevhodnou dobu. Vzorek hnojiva se označí vhodným radionuklidem, např. 32P (běžný neradioaktivní izotop 31P je součástí hnojiva a jeho "bratříček" 32P se chemicky chová úplně stejně). Radioaktivní 32P se dá snadno zjistit, a proto je možno sledovat, kolik hnojiva rostlina přijala, kolik zůstalo v půdě, kolik se ho spláchlo do vodotečí apod. Na základě těchto znalostí se ztráty hnojiva dají snížit na minimum.

Krmivářství
Hospodářská zvířata v moderních chovech dostávají různé krmné směsi, u nichž záleží na vyváženosti složek. Radioaktivní stopovače při výzkumu pomohou určit optimální dobu míchání nebo tvar míchacího żařízení, aby některé složky směsi nezůstaly příliš koncentrované a nevyvolaly u zvířete potíže z předávkování.

Lesnictví
Sazenice lesních stromů se pro snadnou manipulaci balí do speciálních materiálů, které byly vyrobeny z ozářeného polypropylenu. Takový materiál se snadno v půdě rozloží a kořínky sazenic prorostou. Podobné materiály se používají jako tzv. geotextilie pro zpevňování svahů. Po vytvoření zpevňujícího rostlinného krytu se látka rozloží a neznečišťuje životní prostředí.

Chovatelství
Stejně jako v lidské medicíně se i ve veterinární široce uplatňují radiační diagnostické metody (rentgen, radioimunoanalýza, radioenzymatická analýza). Kontroluje se zdravotní stav, podle hladiny hormonů v krvi se stanovuje správná doba k inseminaci. Radiačními technikami se kontroluje nezávadnost krmiva.

Různé polovodičové součástky, jejichž materiál se při výrobě kontroluje radioanalytickými metodami.

PRŮMYSL

Radioaktivita se dá snadno měřit a této vlastnosti lze dobře využít všude tam, kde je potřeba "vystopovat" nějaký prvek nebo sloučeninu. Například když se ve válcovnách vnese do železa malé množství radioaktivního izotopu železa, dá se přesně určit jeho přítomnost i po projití všech procedur - tažení, válcování atd. Radioaktivní stopovač tak umožní snížit ztrátu materiálu při opracování, zjistit místa nerovnoměrného propracování atd.
Radioaktivní stopovací techniky jsou široce používány např. při sledování pohybu a distribuce hmoty v různých technologických zařízeních. Sledují se průtoky, míchání směsí, filtrace, úniky, koroze, kontroluje se čistota surovin. Záření se používá pro měření a kontroly průmyslových procesů v papírnictví, ocelářství, uhelném průmyslu - šetří zdroje a energii.
Kosmické rakety a satelity využívají pro zásobování elektrickým proudem tzv. “jaderné baterie".

Odstraňování elektrostatického náboje z povrchu látek.

Kontrola opotřebení
Radioaktivním stopovačem se označí namáhaná součástka a pak se měří přírůstek nebo úbytek radioaktivity v mazací nebo chladící kapalině. Zabudováním malého zářiče do stěny vysoké pece lze přesně zjistit okamžik protavení výstelky pece, pec včas odstavit a opravit.

Tloušt'koměry a hladinoměry
V papírnách, sklárnách, gumárnách, při výrobě plastů a v mnoha jiných provozech měří čidla vybavená radioaktivním zářičem a detektorem tloušt'ku materiálů na běžících pásech, nebo hladinu kapaliny v nádobách a nádržích. Dají se použít všude tam, kde nelze kvůli teplotě, korozi, tlaku nebo z jiných důvodů použít klasická měřidla. Výhodou radionuklidových měřičů je, že měření probíhá bez doteku s měřenou látkou, údaj o naměřené hodnotě je k dispozici okamžitě a průběžně v kteroukoliv chvíli a měřiče nejsou drahé.

Radiografie
Tato metoda pracuje na principu rentgenu. Záření prozáří materiál a odhalí v něm dutiny, vady, slabá místa, zobrazí části jinak neviditelné. Prozařováním se kontroluje kvalita svarů potrubí, kvalita strojních dílů, konstrukcí atd. Záření spolehlivě a včas odhalí netěsnosti a závady.

Radiační polymerace
U dálkových kabelů potažených izolační vrstvou velmi záleží na její kvalitě. Pevný, pružný, odolný a dokonale těsnící materiál lze vyrobit tak, že kabel obalený plastem se ozáří, záření způsobí v obalu tzv. zesíťování, tj. vznik mnoha chemických vazeb, a vznikne materiál, který má všechny žádané vlastnosti. Pomocí ionizuícího záření lze vyrábět různé druhy pěnových polymerů, které se používají pro čalounění automobilů, k výrobě sportovní výstroje a obuvi. Velké výhody přináší radiační polymerace tenkých vrstev laků, lepidel, tiskařských barev atd. Lze tak vyrábět různé lamináty, obalové materiály, tapety atd. Při výrobě polymerních vláken pro textilní průmysl se zářením dá dosáhnout naroubování vhodných chemických látek na povrch vlákna, čímž se modifikují vlastnosti - nasákavost, nemačkavost atd. Vytvrzování nátěrových laků bez použití zdraví škodlivých rozpouštědel šetří životní prostředí.

Dodáním různých příměsí do skla a ozářením různými dávkami se docílí mnoha barevných odstínů.

Jestliže se vhodný pórovitý materiál nechá nasáknout monomerem a poté se ozáří dávkou, která vyvolá polymeraci, lze vyrobit materiál se zcela novými vlastnostmi - tvrdostí, leštitelností atd. Tyto kompozitní materiály nacházejí uplatnění jako podlahové krytiny, náhražky vzácných dřev, obkládací cihly atd.

Zářením se také dají barvit různé druhy skel do odstínů žluté, hnědé, kouřové, ametystové. Ozářením lze dosáhnout jinak těžko realizovatelných barevných dekorů. Ve větším měřítku byla u nás tato metoda poprvé aplikována na skleněném obložení budovy Nové scény Národního divadla v Praze a na stanici Jinonice pražského metra.

Vodohospodářství
Radioaktivní indikátory pomáhají sledovat prosakování, propojení a cesty spodních vod. Pohlcováním záření se určuje tloušt'ka vrstev ledu a obsah vody ve sněhové pokrývce, což je důležité pro odhad množství vody při jarním tání. Zářiče umístěné v blízkosti studní brání tzv. zaokrování studní - rozvoji mikroorganismů a tvorbě hydroxidů železa. Radioanalytické metody pomáhají měřit průtok vody v potrubí i na povrchu, parametry filtrace vody v pískovém podloží, čistíren odpadních vod a účinnost úpraven pitné vody.

Geologie
Tzv. radionuklidová karotáž pomáhá získat podrobné znalosti o geologickém složení hornin. Do vrtu se spustí zářič a vyhodnocovací zařízení, které měří záření vyvolané v hornině a určí obsahy prvků přítomných v horninách. Obsah síry v uhlí nebo jeho popelnatost se měří rentgenfluorescenční analýzou. Rozptylem neutronů se měří vlhkost půdy.

Příprava uměleckých předmětů
v ozařovně v Roztokách u Prahy. Uprostřed místnosti je ve stínění ukryt zářič, který se vysouvá
do pracovní polohy až když osoby opustí místnost.

Archeologie
Radionuklidové metody datování určují stáří hornin i stáří nalezených archeologických předmětů. Měření aktivity zbytku izotopu uhlíku 14C spolehlivě určí stáří dřeva, kostí, textilií, slonoviny. Radioanalytické metody určí složení barev na obrazech starých mistrů, složení mincí, keramiky, mramoru, skla. Poskytnou tak informaci o metodě zpracování, místě původu, stáří a pravosti.

Ochrana uměleckých památek
Ozáření ničí plísně, hmyz a mikroby, které ohrožují historické předměty z papíru, textilu a dřeva. Záření pronikne celým předmětem a zničí např. červotoče i hluboko v gotických dřevěných sochách, kde povrchové chemické ošetření nepomáhá. Zachraňují se tak umělecké, historické a kulturní hodnoty. U nás je ozařovna uměleckých předmětů v Roztokách u Prahy.

Stavebnictví
Neutronové vlhkoměry měří obsah vlhkosti v čerstvém i tuhnoucím betonu, což je velmi důležité např. při stavbě přehrad nebo jiných obřích betonových konstrukcí, kde na jakosti betonu velmi záleží. Kontrola obsahu radioaktivity vyřadí stavební materiály, jako např. panely, které by mohly uvolňováním radonu ohrozit zdraví obyvatel. Prozařovací metody odhalí nebezpečné defekty např. v konstrukcích mostů a mohou zabránit neštěstí.

Kriminalistika
Radioanalytické metody rozeznají spolehlivě třeba padělaný obraz od originálu nebo falzifikáty bankovek. Radiodiagnostické metody pomohou při určování otrav nebo identifikaci pozůstatků neznámého člověka. Speciální radioaktivní prášek může zviditelnit otisky prstů lépe než klasické metody.