Emisja fali elektromagnetycznej występuje w procesie rozpadu promieniotwórczego
Prawidłowo, w procesie rozpadu promieniotwórczego emisja fali elektromagnetycznej występuje w promieniowaniu gamma. Promieniowanie gamma to w istocie wysokoenergetyczne fotony, czyli kwanty fali elektromagnetycznej, podobnej co do natury do światła widzialnego czy promieniowania rentgenowskiego, tylko o znacznie wyższej energii i krótszej długości fali. Powstaje ono zwykle wtedy, gdy jądro atomowe po rozpadzie alfa lub beta pozostaje w stanie wzbudzonym i „pozbywa się” nadmiaru energii, przechodząc do stanu podstawowego poprzez emisję fotonu gamma. W praktyce medycznej ma to ogromne znaczenie. W medycynie nuklearnej radioizotopy dobiera się właśnie tak, żeby emitowały promieniowanie gamma o odpowiedniej energii – takiej, którą dobrze rejestruje gammakamera lub detektory PET, a jednocześnie możliwie jak najmniej obciążającej pacjenta niepotrzebną dawką pochłoniętą. Typowy przykład to technet-99m, który emituje fotony gamma o energii ok. 140 keV, idealne do scyntygrafii narządowej. Z mojego doświadczenia warto zapamiętać prostą rzecz: gamma = foton = fala elektromagnetyczna. Alfa i beta to cząstki, więc zachowują się inaczej w tkankach, mają inną zdolność jonizacji i inny zasięg. W radioterapii z kolei wiązki wysokoenergetycznych fotonów (gamma lub X) wykorzystuje się do napromieniania guzów nowotworowych, planując dawki i rozkład pola według aktualnych standardów (np. ICRU). Dlatego rozróżnianie, które promieniowanie jest falą elektromagnetyczną, a które strumieniem cząstek, jest absolutnie podstawowe przy rozumieniu ochrony radiologicznej, doboru osłon i planowania badań obrazowych z użyciem radioizotopów.
W tym zagadnieniu kluczowe jest rozróżnienie między promieniowaniem cząstkowymi a elektromagnetycznym. Promieniowanie alfa i oba typy promieniowania beta (plus i minus) to emisja cząstek materialnych z jądra atomowego, natomiast promieniowanie gamma jest emisją wysokoenergetycznych fotonów, czyli właśnie fali elektromagnetycznej. Pomyłki biorą się często z tego, że wszystkie te procesy są „promieniotwórcze”, więc intuicyjnie wrzuca się je do jednego worka, a to jednak zupełnie inne mechanizmy fizyczne i inny sposób oddziaływania z tkanką. Promieniowanie alfa to jądra helu (dwie protony i dwie neutrony). Mają dużą masę i ładunek dodatni, bardzo silnie jonizują ośrodek, ale mają bardzo mały zasięg – kilka dziesiątych milimetra w tkankach, zatrzymuje je już kartka papieru czy naskórek. Nie są to fale elektromagnetyczne, tylko konkretne, ciężkie cząstki. Z kolei promieniowanie beta minus to elektrony emitowane z jądra, a beta plus to pozytony. To dalej cząstki, o znacznie mniejszej masie niż alfa, o ładunku ujemnym (beta minus) lub dodatnim (beta plus). Rozpraszają się, hamują, jonizują materiał, ale wciąż nie mają natury fali elektromagnetycznej. W medycynie nuklearnej pozytony z rozpadu beta plus są ważne, bo ulegają anihilacji z elektronami, a w wyniku tej anihilacji dopiero powstają dwa fotony gamma o energii 511 keV, rejestrowane w PET. I tu jest często źródło błędu: ktoś widzi PET, beta plus i fotony gamma i myśli, że sam rozpad beta plus to już emisja fali elektromagnetycznej. Tymczasem najpierw emitowana jest cząstka (pozyton), a dopiero jej dalszy los powoduje emisję fotonów. Rozpad beta minus również nie jest emisją fali elektromagnetycznej, tylko cząstek – ma to znaczenie przy ochronie radiologicznej, bo osłony materiałowe i planowanie odległości roboczych dobiera się inaczej dla elektronów niż dla fotonów. W badaniach i terapii, gdzie liczy się rejestracja promieniowania przez detektory z zewnątrz, wykorzystuje się głównie promieniowanie gamma (lub X), właśnie dlatego, że jako fala elektromagnetyczna ma duży zasięg i dobrze przenika tkanki. Dlatego tylko odpowiedź związana z promieniowaniem gamma odpowiada definicji emisji fali elektromagnetycznej w procesie rozpadu promieniotwórczego.