U doba intenzivnog razvoja nuklearnog naoružanja, od 1945. pa do 1963. godine, provedene su tisuće nuklearnih eksplozija koje su ostavile razne radioaktivne izotope u atmosferi. Ti su izotopi onda dospijevali u sve što je u proizvodnom procesu trebalo zrak. Čelik je jedan od primjera. Mjerenjem radioaktivnosti moglo se jasno razlikovati čelik proizveden prije prije prvih nuklearnih eksplozija i čelik proizveden nakon prvih nuklearnih eksplozija.

Ukupan broj probnih eksplozija nuklearnog oružja dosegao je 2121. To je vrlo vjerojatno točan broj, jer je nuklearnu eksploziju teško provesti, a da to odmah ne vide detektori na satelitima u Zemljinoj orbiti. Spomenute 1963. potpisan je sporazum o djelomičnoj zabrani nuklearnih testova, onih u zraku, vodi i iznad atmosfere. Tim se eksplozijama širilo najviše radioaktivnih izotopa u okoliš. Daljnji testovi provođeni su pod zemljom. Tek je 1996. potpisan međunarodni sporazum o potpunoj zabrani nuklearnih testova. Što, naravno, nije kraj priče jer su se u međuvremenu pojavile zemlje koje su tek otkrile radost bacanja nuklearnih petardi: Indija, Pakistan i Sjeverna Koreja (zadnja zabilježena eksplozija bila je u rujnu 2017. godine).

Zato su nam dodatno radioaktivni zrak, voda i tlo, a onda, naravno, i hrana i svi proizvodi. I mi sami smo radioaktivni. I čelik s početka ovog teksta je radioaktivan. No, postoji još jedan detalj koji sam dosad, radi dramske napetosti, izostavljao: prirodna radioaktivnost. Naš je okoliš bio radioaktivan i prije nuklearnih testova. Pa su nuklearni testovi nešto podigli razinu radioaktivnosti. Pa se nakon masovnog testiranja nuklearnog naoružanja, uz kasnije samo sporadične eksplozije, razina radioaktivnosti ponovo spustila. To su dobre vijesti ove, inače strašne, priče.

PRIRODNA RADIOAKTIVNOST

Atomi se sastoje od elektronskog omotača i atomske jezgre, a jezgra ili nuklid građena je od nukleona: protona i neutrona. Broj protona u jezgri određuje vrstu kemijskog elementa, a broj neutrona u jezgri otprilike je jednak broju protona. U tom „otprilike” leži većina nuklearne fizike. Pojednostavljeno rečeno: uz određeni broj protona u jezgri, broj neutrona ne može biti bilo kakav. Neke kombinacije su nemoguće. Neke su moguće, ali nisu stabile. Takvi nuklidi (jezgre s određenim brojem protona i neutrona) se nakon izvjesnog vremena raspadaju. Kažemo da su radioaktivni. Neki se raspadnu u tren oka, a nekima treba cijela vječnost.

Ako imamo samo jedan jedini radioaktivni nuklid ne možemo znati kad će se on raspasti. Ipak, znamo vjerojatnost njegovog raspada u jedinici vremena. S ti podatkom možemo pouzdano utvrditi koji dio uzorka (u kojem su milijarde takvih nuklida) će se raspasti u zadanom vremenu, recimo u sekundi. Broj raspada u sekundi nazivamo aktivnost. Aktivnost, dakle, znamo predvidjeti, a znamo i kako se ta aktivnost smanjuje s vremenom: eksponencijalno. Kratkoživući nuklidi imaju brzi pad aktivnosti, a dugoživući jako spori pad: smanjivanje aktivnosti koje traje milijunima ili čak milijardama godina.

Vrijeme za koje se raspadne pola od ukupnog broja istovrsnih radioaktivnih izotopa (izotop je kemijski elemenat s određenom vrstom nuklida, dakle s određenim brojem protona i neutrona) nazivamo vrijeme poluraspada. Radioaktivni izotop uranija-238 (čiji nuklid ima 92 protona i 146 neutrona, dakle 238 nukleona) ima vrijeme poluraspada od 4,5 milijarde godina. To je usporedivo sa starošću Zemlje. Od nastanka Zemlje do danas raspalo ga se otprilike pola. U lancu radioaktivnih raspada od uranija-238 na kraju nastaje stabilno olovo-206, ali u međuvremenu ti nuklidi postoje kao radon koji je radioaktivan i koji je plin. A tvar u plinovitom stanju ima nezgodnu tendenciju izlaziti iz tla u zrak, gdje ga možemo disanjem unijeti u organizam. Prostorije koje se rijetko provjetravaju imaju veću koncentraciju radona.

Drugi nezgodan izotop koji postoji u prirodi je kalij-40. Njegovo vrijeme poluraspada je 1,25 milijardi godina. S obzirom da kalij gradi i naše tijelo, imamo u sebi radioaktivnih izotopa i zračimo. Čovjek mase 70 kg ima oko 140 grama kalija. Najveći dio tog kalija (99,99%) čine stabilni izotopi kalij-39 i kalij-41. Ali 0,01% je radioaktivni izotop kalij-40. Na njega otpada tek stotinka grama. Ali ta stotinka grama u tijelu daje oko 4000 radioaktivnih raspada u sekundi. Svake sekunde, cijeli život.

Na tu prirodnu radioaktivnost smo se navikli. Ona povremeno izaziva oštećenja naših molekula, ali je tempo oporavka tijela takav da s prirodnom radioaktivnošću izlazimo na kraj. Zračenje koje izaziva oštećenja (konkretno, ionizaciju atoma) nazivamo ionizirajuće zračenje, a količinu takvog zračenja koju organizam apsorbira nazivamo dozom. Dozu određujemo kao srednju apsorbiranu energiju po jedinici mase organizma i mjerimo ju u grejima. Kad smo ozračeni dozom od jednog greja znači da smo zbog zračenja primili jedan džul energije po svakom kilogramu naše mase.

Postoji nekoliko vrsta ionizirajućeg zračenja (alfa, beta, gama, neutroni, protoni) koje ima različite biološke učinke. To opisujemo Q-faktorom. Recimo, Q-faktor za alfa-čestice iznosi 20, a za gama-zračenje 1. Kad apsorbiranu dozu pomnožimo s Q-faktorom dobijemo ekvivalentni dozu. Ona se mjeri jedinicom sivert. Konačno, čovjek od ionizirajućeg zračenja iz okoline u prosjeku primi oko 0,002 Sv godišnje. U milisivertima to je 2. Dakle, 2 mSv godišnje ekvivalentna doza koja nam sljeduje od prirode, htjeli, ne htjeli. To je za prosječnu osobu. Ako ste radiolog ili pilot ili operater nuklearke onda možete primiti i 25 puta veću godišnju ekvivalentnu dozu, dakle 50 mSv. I to je podnošljivo. Tek doza veća od 2 Sv izaziva tešku radijacijsku bolest, a smrtonosna je doza veća od 6 Sv.

NUKLEARNI TESTOVI I NISKO RADIOAKTIVNI ČELIK

Neposredno prije djelomične zabrane provođenja nuklearnih pokusa, 1963. godine, povećanje prosječne radioaktivnosti iz okoliša imalo je svoj maksimum od 0,11 mSv na godinu. To je dodatak na onih 2 mSv iz prirodnih izvora. Dakle, skok s 2,00 na 2,11 mSv na godinu. Podsjećam da se za profesionalce tolerira do 50 mSv na godinu. Povećanje je bilo mjerljivo, ali je bilo daleko od kritičnog. Od 1963. do danas imamo pad tog dodatnog zračenja (uzrokovanog nuklearnim testovima) s 0,11 na 0,005 Sv na godinu. Ukupno, u prosjeku primate dakle 2,005 umjesto 2,00. Zapravo, primate samo svoj prosjek jer je tih 0,005 mSv na godinu manje od fluktuacija prosječne ekvivalentne doze koje proizlaze iz razlike u sastavu tla raznih mjesta na Zemlji, razlike u nadmorskoj visini i slično.

Zaključno, čelik proizveden nakon 1945. je radioaktivniji od čelika proizvedenog ranije, malo ali itekako mjerljivo. Ta razlika je za veliku većinu primjena potpuno nebitna. Ona postaje važna samo za jako specifične primjene. Recimo za izradu detektora zračenja. Tamo je poželjno da svi korišteni materijali budu što je moguće manje radioaktivni da u mjerenje ne unose šum. Ideja detektora je da mjeri vanjsku radioaktivnost, a ne zbroj vanjske i vlastite radioaktivnosti. Znači, za proizvodnju tostera ili vijaka ili armaturnih mreža dobar je svaki čelik. Ali za proizvodnju Geigerovih brojača potreban je nisko radioaktivni čelik. Takav se posebnim postupcima danas može proizvesti, ali ga je jeftinije uzeti s nekog starog potopljenog broda.

Dario Hrupec docent je na Odjelu za fiziku Sveučilišta u Osijeku. Bavi se visokoenergijskom gama-astronomijom. Član je međunarodnih kolaboracija MAGIC i CTA. Autor je niza srednjoškolskih udžbenika iz fizike i tri znanstveno-popularizacijske knjige: "Protiv nadnaravnoga", "Ažurirani svemir" i "Razumljivi svijet".