Promieniowanie jonizujące jest wszechobecne. Od wieków dociera do nas z głębi kosmosu, ze Słońca, emitują je skały, materiały budowlane, a nawet nasze ciała. Z pożytkiem i powodzeniem jest stosowane w nauce, medycynie oraz przemyśle, zwłaszcza w energetyce. Zdarza się jednak, że wskutek nieodpowiedzialności człowieka bądź w wyniku uszkodzeń infrastruktury ochronnej przez siły natury natężenie promieniowania w środowisku znacząco wzrasta. W takich sytuacjach pomocna może się okazać wiedza przedstawiona na łamach czasopisma „IEEE Sensors Journal” przez naukowców z IFJ PAN, która w praktyce przekłada się na proste zalecenie: w sytuacji zagrożenia radiacyjnego włóż do kieszeni czy plecaka nierozpakowane tabletki przeciwbólowe – i nie wyjmuj ich na światło dzienne.

– Istotę problemów pojawiających się w sytuacji nagłego wzrostu ilości promieniowania jonizującego w środowisku najłatwiej zrozumieć przez analogię do wydarzeń związanych z pandemią – mówi dr inż. Anna Mrozik z IFJ PAN i przechodzi do szczegółów. – Walkę z koronawirusem zaczynamy przegrywać wtedy, gdy potrzebujących jest zbyt wielu. Najpierw zaczyna brakować respiratorów, potem miejsc w szpitalach, na końcu samych lekarzy. Nieco podobnie jest w przypadku wydarzeń z udziałem promieniowania jonizującego: jednym z głównych wyzwań jest natychmiastowy brak sprzętu, przede wszystkim dozymetrów. Ludziom można byłoby efektywnie pomóc, gdyby było wiadomo, kto pochłonął jaką dawkę promieniowania, co pozwoliłoby szybko przeprowadzić wstępną selekcję poszkodowanych. Jednak wielkości pochłoniętej dawki nie znają nawet sami poszkodowani, ponieważ mało kto ma dostęp do osobistego miernika. Wyczarowanie w jednej chwili tysięcy dozymetrów i rozprowadzenie ich dosłownie w ciągu minut wśród ludności po prostu nie byłoby możliwe, zwłaszcza gdyby zagrożenie wystąpiło nagle i na dużym obszarze. 

Prowizorycznymi – lecz dla potrzeb medycznych wystarczająco wiarygodnymi – metodami pomiaru dawek promieniowania zajmuje się dozymetria awaryjna. Na wczesnym etapie jej rozwoju analizom poddawano np. cegły czy dachówki z budynków objętych zagrożeniem radiacyjnym. Obecnie dozymetria awaryjna próbuje stać się bardziej osobista: do oceny dawek promieniowania coraz częściej używa się przedmiotów, które każdy człowiek cały czas nosi przy sobie. Są one bowiem wystawione na identyczną dawkę promieniowania co ich właściciel. Jako awaryjny dozymetr można wykorzystać np. smartfon. Niestety, w tej roli działa on inaczej niż spodziewałby się laik. Wiarygodna ocena dawki promieniowania za jego pomocą jest możliwa, ponieważ pewne elementy w smartfonie są wykonane z materiałów o dobrych właściwościach dozymetrycznych. Zalicza się do nich szkło wyświetlaczy oraz tlenek glinu Al2O3 używany w rezystorach. Materiały te trzeba jednak poddać analizie za pomocą specjalistycznej aparatury laboratoryjnej. Wyświetlacz należy więc najpierw stłuc, a mikroskopijne rezystory ostrożnie wymontować i zniszczyć, by wydobyć wypełniający je materiał. Preparatyka jest żmudna i czasochłonna, co stawia pod znakiem zapytania użyteczność metody w warunkach rzeczywistego wypadku radiacyjnego, zwłaszcza o dużej skali. Ponadto pozbawienie zagrożonego człowieka narzędzia, za którego pomocą może on wzywać pomoc dla siebie lub innych, kontaktować się z rodziną i zdobywać informacje o aktualnej sytuacji jest pomysłem mało fortunnym, a potencjalnie nawet niebezpiecznym.

Skoro niszczenie cennego i przydatnego urządzenia nie wydaje się optymalnym rozwiązaniem, naukowcy z IFJ PAN postanowili sprawdzić, które z materiałów dostępnych dla każdego człowieka mógłby spełniać kryteria dozymetrii awaryjnej. – W naszym instytucie zajmujemy się luminescencyjnymi technikami dozymetrii awaryjnej: termoluminescencją lub optycznie stymulowaną luminescencją. W pierwszym przypadku materiały pobudza się do świecenia przez podgrzanie, w drugim – robi się to za pomocą światła o odpowiedniej długości fali, zwykle niebieskiego. Materiał jest dobrym kandydatem na dozymetr, gdy po pobudzeniu zaczyna świecić tym intensywniej, im na większą dawkę promieniowania został wystawiony. Ważne jest przy tym, aby ta zależność była tak liniowa, jak to tylko możliwe – wyjaśnia prof. dr hab. Paweł Bilski z IFJ PAN, drugi autor artykułu w „IEEE Sensors Journal”.

Uwagę krakowskich badaczy przykuły leki, zwłaszcza popularne przeciwbólowe, będące wręcz obowiązkowym składnikiem każdej domowej apteczki i niejednej damskiej torebki. Ich ogromną zaletą jest fakt, że wiele osób z własnej inicjatywy nosi je przy sobie na co dzień, dokładnie tak, jak powinno się to robić z dozymetrami. Co więcej, leki te mają doskonale znany skład (w przeciwieństwie np. do tkanin ubrań) i zwykle są szczelnie zapakowane, a więc chronione przed wilgocią i szkodliwym z punktu widzenia dozymetrii światłem. Wszystko to oznacza, że procedury analizy leków pod kątem dozymetrii radiacyjnej można łatwo ustandardyzować. Na dodatek samo przygotowanie preparatu do badań jest szybkie: tabletkę wystarczy wyjąć z opakowania i rozkruszyć – i nikt nie będzie z tego powodu protestował. Wartość pojedynczej tabletki jest przecież znikoma, a tabletek mamy do dyspozycji wiele. – Skoro leki przeciwbólowe w roli dozymetrów mają tyle zalet, przyjrzeliśmy się własnościom kilku z nich. Okazało się, że poddane optycznie stymulowanej luminescencji zwracają one dość silny sygnał, na dodatek mniej więcej proporcjonalny do pochłoniętej dawki promieniowania jonizującego – czyli właśnie taki, jak jest niezbędny do dokonania wiarygodnego pomiaru. Największą czułość wykazały leki przeciwbólowe na bazie ibuprofenu i paracetamolu – wymienia dr Mrozik.

Która substancja odpowiada za luminescencję leków przeciwbólowych? Odpowiedź na to pytanie na razie nie jest znana. Fizycy z IFJ PAN zamierzają jednak podjąć próbę zidentyfikowania tego związku, gdyż wiedza ta pozwoliłaby skuteczniej selekcjonować leki najlepiej nadające się do celów dozymetrycznych. Z krakowskich badań płynie prosta, warta zapamiętania porada: gdy znajdziemy się na obszarze wypadku radiacyjnego, nośmy przy sobie kilka nierozpakowanych tabletek przeciwbólowych, najlepiej w kieszeni, gdzie będą one chronione przed szkodliwym działaniem dziennego światła. To drobiazg, lecz dzięki niemu w krytycznej sytuacji służby medyczne będą mogły udzielić nam efektywniejszej pomocy.

Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie