همه چیز در مورد لنزهای رادیواکتیو؛ ایمن و بی‌خطر یا عامل ابتلا به سرطان؟

اطلاعات اشتباه زیادی درباره لنزهای رادیواکتیو وجود دارد. از داستان‌های ترسناک در مورد رشد یک دست اضافه و ابتلا به سرطان گرفته تا کاملا بی‌ضرر بودن آن‌ها، بخشی از مطالبی هستند که درباره لنزهای رادیواکتیو منتشر شده‌اند. اما واقعیت چیست؟ حقیقت چیزی بین این دو است و نیاز به بررسی دقیق دارد. به‌هرحال، این لنزها حاوی مواد رادیواکتیو هستند و ما باید با احتیاط از آن‌ها استفاده کنیم.

سلب مسئولیت: این مقاله صرفاً جنبه اطلاعاتی دارد و به هیچ وجه نباید به‌عنوان توصیه پزشکی، بهداشتی، حفاظت در برابر اشعه یا ایمنی، به‌طور ضمنی یا غیر مستقیم مورد استفاده قرار بگیرد.

به گزارش پتاپیکسل، مطلبی که پیش‌ روی شما قرار دارد از مطالعه تعداد بی‌شماری مقاله و کتاب و همچنین جمع‌آوری سؤالات متداول تشکیل شده است. یکی از خبرنگاران این خبرگزاری که مانند بسیاری قصد داشته نحوه کار و برخورد با لنزهای رادیواکتیو را درک کند این کار را انجام داده است. این مقاله سعی دارد توضیح کامل و دقیقی درباره این مسئله بدهد.

چه چیزی باعث می‌شود لنزهای قدیمی رادیواکتیو شوند؟

پاسخ کوتاه این سؤال دو کلمه است: توریوم و لانتانیوم. لنزهای دوربین حاوی شیشه‌های نوری هستند که از عناصر غیر معمول مختلف مانند سرب، بور، کلسیم، لانتانیوم و دی‌‎اکسید توریوم ساخته شده‌اند. این عناصر دارای ویژگی‌های نوری متمایز هستند و به تولیدکنندگان اجازه می‌دهند لنزهایی با کیفیت برتر ایجاد کنند.

لانتانیوم و دی‌اکسید توریوم رادیواکتیو هستند؛ اما رادیواکتیویته حاصل از لانتانیوم آن‌قدر کوچک است که بدون تجهیزات آزمایشگاهی حساس قابل تشخیص نیست. لانتانیوم عنصر رادیواکتیو بسیار ضعیفی است؛ زیرا تنها ۰٫۰۸۹ آن از ایزوتوپ رادیواکتیو لانتانوم-۱۳۸ و ۹۹٫۹ درصد باقی‌مانده‌اش از لانتانوم-۱۳۹ غیر رادیواکتیو تشکیل می‌شود.

در سال ۱۹۷۲، در راهنمای لنز کونیکا هگزانون نوشته شده بود:

عناصر خارجی مانند توریوم، لانتانیوم و زیرکونیوم به مخلوط شیشه اضافه می‌شوند تا ضریب شکست بالای لازم در طراحی لنزهای پیچیده ایجاد شود. انتخاب نمونه‌های برتر شیشه از گلدان‌های بزرگ شیشه‌ای و آزمایش‌های دقیق طیف‌سنجی پس از بررسی مقدار تحمل فشار، شیشه خام ارزشمندی برای استفاده نهایی در لنز فراهم می‌کند.

تاریخچه لنزهای رادیواکتیو

در سال ۱۹۴۵، پل اف د پائولیس از شرکت کوداک ایستمن، پتنتی برای شیشه نوری ثبت کرد که در آن ویژگی‌های ساخت توریوم و شیشه نوری معرفی می‌شد. در توضیحات آن آمده است:

این پتنت مربوط به شیشه‌‌ای با مقادیر نوری در محدوده‌ای است که برای طراحی ابزارهای اپتیکال مفید تلقی می‌شود. به‌طور خاص، پتنت مذکور مربوط به شیشه‌ای است که دارای ضریب شکست خط در محدوده بین ۱٫۶۵ تا ۱٫۶۸ و مقدار Abbe (v) بین ۵۲٫۵ تا ۵۷٫۰ باشد.

به‌طور کلی، شیشه‌های ذکرشده در اینجا غیر سیلیکاتی هستند.

کداک اولین لنزهای رادیواکتیو را برای نظارت هوایی تولید کرد که Aero-Ektar نام داشتند. سایر تولیدکنندگان مانند کانن، کونیکا و دیگران نیز از توریوم در لنزهای خود که بین سال‌های ۱۹۴۵ تا ۱۹۸۰ ساخته شده‌ بودند استفاده می‌کردند. 

تولیدکنندگان بیشتر برای ساخت سریع‌ترین و گران‌ترین لنزها مانند آن‌هایی که دارای دریچه دیافراگم f/1.2s و f/1.4s بودند، از شیشه توریوم‌دار استفاده می‌کردند؛ اما لنزهای رادیواکتیو کندتری نیز وجود دارد.

سرانجام در اوایل دهه ۱۹۸۰، به دلیل نگرانی‌های بهداشتی کارگران کارخانه و ترس مصرف‌کنندگان از عناصر رادیواکتیو به دنبال حوادث هسته‌ای، دوران استفاده از شیشه توریوم‌دار برای ساخت لنزهای مصرفی به پایان رسید و فرمولاسیون جدیدتری ظاهر شد که بدون خطر اضافه رادیواکتیویته، خواص مشابهی ارائه می‌داد.

ویژگی‌های نوری لنزهای توریومی

افزودن اکسید توریوم یا توریا به شیشه پراکندگی کم را حفظ می‌کند و ضریب شکست را افزایش می‌دهد؛ این خواص به‌ویژه برای ساخت شیشه نوری مفید است. ضریب شکست بالا به این معنی است که نور در شیشه کندتر حرکت می‌کند و بنابراین جهت خود را راحت‌تر تغییر می‌دهد. لنزها می‌توانند ضخامت کمتری داشته باشند و بدین شکل، به مواد کمتری احتیاج دارند؛ بنابراین سبک‌تر هستند.

پراکندگی کم که توسط عدد Abbe تعریف می‌شود، به لنزها اجازه می‌دهد انحراف رنگی را تصحیح کنند و اطمینان حاصل شود که تمرکز یکسان در طیف وسیع رنگ‌ها در بخش مرئی حفظ و تصاویر واضح‌تری ایجاد می‌شود. ترکیب این ویژگی‌ها به تولید لنزهایی با عملکرد نوری عالی ختم می‌شود.

توریوم چیست؟

تعریفی که از این عنصر در ویکی‌پدیا نوشته شده چنین است:

توریوم یک عنصر شیمیایی فلزی رادیواکتیو ضعیف با علامت Th و عدد اتمی ۹۰ است. همه ایزوتوپ‌های شناخته‌شده توریوم ناپایدار هستند. پایدارترین ایزوتوپ توریوم، 232Th دارای نیمه‌عمر ۱۴٫۰۵ میلیارد سال (تقریباً سن جهان) است. این عنصر یکی از چگال‌ترین مواد موجود در کره زمین است که ۲۰ برابر زغال‌سنگ انرژی دارد. این عنصر بسیار آهسته تجزیه می‌شود و یک زنجیره واپاشی به نام سری توریوم ایجاد می‌کند که با ایزوتوپ 208Pb به پایان می‌رسد.

توریوم یک عنصر رادیواکتیو است که به‌طور طبیعی در پوسته زمین یافت می‌شود و نسبتاً پایدار با نیمه‌عمر ۱۴ میلیارد سال است.

آیا لنزهای رادیواکتیو فقط ذرات آلفا ساطع می‌کنند؟

جواب کوتاه این سؤال «خیر» است. توریوم خالص با انتشار ذره آلفا تجزیه می‌شود؛ اما این تنها آغاز سری طولانی تجزیه‌ای است که تابش آلفا، بتا و گاما را ساطع می‌کند تا زمانی که با ایزوتوپ پایدار سرب به پایان برسد. می‌توانید مراحل تبدیل آن را به این صورت بخوانید:

• توریوم ۲۳۲ -> آلفا α را آزاد می‌کند -> تبدیل به رادیوم ۲۲۸ می‌شود.
• رادیوم ۲۲۸ -> بتا β- را آزاد می‌کند -> تبدیل به اکتینیوم ۲۲۸ می‌شود.

زنجیره تجزیه فوق نشان می‌دهد که لنزهای توریومی حاوی توریوم و عناصر دختر آن هستند: رادیوم، اکتینیوم، رادون، پولونیوم، بیسموت، تالیوم و سرب در مقادیر کم که ناشی از تجزیه‌ی آهسته توریوم است.

تابش ترمزی چیست؟

وقتی ذرات بتا در مواد متراکم‌تر مانند لوله اطراف لنز کند می‌شوند، با انتشار یک فوتون (اشعه ایکس یا اشعه گاما) تابش الکترومغناطیسی ایجاد می‌کنند. این اشعه ثانویه «تابش ترمزی» نامیده می‌شود. اکثر بدنه‌های لنزهای قدیمی فولادی، مسی یا آلومینیومی هستند و مقدار کمی تابش گاما ثانویه تولید می‌کنند. هرچه مواد محافظتی سنگین‌تر باشد، تشعشعات مکرر بیشتری منتشر می‌شود.

با توجه به نرخ تجزیه‌ی بتای کم، تشعشع ناشی از آن حداقل است. برای درک کامل اینکه چه نوع تابشی را می‌توانید از یک لنز انتظار داشته باشید، می‌توانید به این مسئله نیز توجه کنید.

خطرات لنزهای رادیواکتیو

گردوغبار شیشه و ذرات ریز

عناصر موجود در زنجیره تجزیه‌‌ی توریوم به‌خودی‌خود و در مقادیر بیشتر بسیار سمی و خطرناک هستند؛ اما مقادیر موجود در لنزها، بسیار کم است و فقط برای مدت کوتاهی وجود دارد. شکستن لنز، رادیواکتیو یا عناصر سمی موجود در ساختار شبکه شیشه‌ای را «آزاد» نمی‌کند؛ اما محل را آلوده و جذب یا استنشاق تکه‌های کوچک گردوغبار رادیواکتیو را آسان می‌کند. ذرات آلفا فقط می‌توانند در چند میکرومتر از لایه‌های بیرونی پوست انسان نفوذ کنند و تا زمانی که خارج از بدن باشند، بی‌ضرر هستند.

ذرات ساطع‌کننده آلفا در داخل بدن بسیار خطرناک‌تر هستند. خواص یونیزاسیون ذرات آلفا هنگامی که به سلول‌ها نزدیک هستند (به‌ویژه در دستگاه تنفسی و ریه‌ها و دستگاه گوارش، معده و روده‌ها)‌ باعث آسیب می‌شود.

اطمینان حاصل کنید که عناصر لنز را خرد، آسیاب، خراشیده یا ساییده نکنید تا از ورود ذرات رادیواکتیو به داخل بدن جلوگیری شود.

آسیب چشم از لنزهای رادیواکتیو

در وب‌سایت کمیسیون تنظیم مقررات هسته‌ای ایالات متحده آمریکا (nrc.gov) درباره لنزهای رادیواکتیو و خطر آن برای چشم چنین نوشته شده است:

در موارد استفاده از شیشه‌های اپتیکال توریومی، لنز توسط مواد دیگری محصور می‌شود و بین آن و بافت‌ پوستی یک فرد مواد دیگری نیز وجود دارد؛ در نتیجه فقط قرار گرفتن در معرض فوتون نگران‌کننده خواهد بود. البته در استفاده‌ی غیر مجاز از شیشه‌ی نوری توریومی، قرار گرفتن چشم در معرض ذرات آلفا و بتا نگران‌کننده تلقی می‌شود. این نگرانی به دلیل مجاورت شیشه با چشم و نبود مواد جذب‌کننده کافی بین منبع و بافت‌های چشم است.

افزایش تابش می‌تواند باعث ایجاد آب مروارید در چشم‌ها شود؛ بنابراین همیشه مراقب چشم‌های خود باشید. هنگام تمیز کردن یا دست زدن به لنز از عینک استفاده کنید و لنزهای رادیواکتیو را نزدیک چشم غیر مسلح قرار ندهید.

آزمایش‌ها نشان داده‌اند که عینک‌های ساده به‌طور موثری در مقابل تابش ساطع‌شده از لنز مقاومت می‌کنند و فقط یک‌دهم تابش از آن‌ها عبور می‌کند.

قرار گرفتن در معرض اشعه لنزهای رادیواکتیو

بر اساس تحقیقات انجام‌شده، لنزهای رادیواکتیو نسبتاً ایمن هستند. ما هر روز به‌طور منظم در معرض اشعه از منابع مختلف قرار می‌گیریم که در مجموع دوز بسیار بیشتری نسبت به استفاده از لنزهای رادیواکتیو به ما منتقل می‌کنند:

• گردش در زیر نور خورشید (سهم اصلی در دریافت اشعه سالانه)
• ماندن در خانه (تابش رادون از مصالح ساختمانی)
• خوردن موز (حاوی پتاسیم-۴۰)
• سفر با هواپیما (تابش کیهانی)
• گرفتن عکس اشعه ایکس
• داشتن دستگاه تشخیص‌ دود در محل زندگی
• داشتن میز گرانیتی (حاوی اورانیوم)
• سیگار کشیدن (رادیوم، سرب ۲۱۰ و پولونیوم -۲۱۰)

در گزارش آزمایشی که درباره تجزیه و تحلیل تابش باقیمانده در لنزهای دوربین توریومی توسط جاناتان وانگ و ویکتور هننینسون در سال ۲۰۱۳ انجام شد، نوشته شده است:

... از طرف دیگر، مجموع انرژی گامای منتشرشده در هر ثانیه از لنز کارل زایس تسار تقریباً ۳۲ مگا ولت بر ثانیه بود. سهم این کار برای یک عکاس در حداکثر دوز سالانه در کل بدن فقط ۰٫۱۷ درصد محاسبه شد. این مقدار با افزایش دوز ناشی از تابش بتا قابل مقایسه است. در نتیجه تابش بتا و گاما به همان اندازه بی‌خطر هستند. این نسبت‌ها آن‌قدر نزدیک به صفر هستند که نتیجه‌گیری این است که هیچ خطری برای سلامتی مربوط به استفاده از هر یک از لنزهای دوربین اندازه‌گیری‌شده وجود ندارد.

چگونه لنزهای رادیواکتیو را تشخیص بدهیم؟

مطمئن‌ترین روش برای تعیین رادیواکتیو بودن لنز، بررسی آن با شمارشگر گایگر (Geiger counter) است. البته تعداد کمی از افراد به این دستگاه دسترسی دارند. در صورت دسترسی نداشتن به شمارشگر گایگر، بازرسی بصری می‌تواند برای تشخیص لنز‌های رادیواکتیو استفاده شود.

بازرسی بصری می‌تواند رادیواکتیو بودن لنز را آشکار کند. تابش به مرور زمان باعث زرد شدن عناصر لنز می‌شود؛ اما سن بالای لنز و همچنین نوع ترکیب شیشه می‌تواند باعث تغییر رنگ لنز شود.

با نگاه کردن به یک برگه سفید از طریق لنز، زردی عناصر در مقایسه با کاغذ سفید مشخص می‌شود. تفاوت قابل توجه در تون رنگ نشان می‌دهد که احتمال بیشتری وجود دارد که لنز رادیواکتیو باشد. از طرف دیگر، شیشه شفاف به این معنا نیست که لنز حاوی مواد رادیواکتیو نیست. لنزهای رادیواکتیو وقتی در معرض نور ماوراء بنفش قرار می‌گیرند رنگ زرد خود را از دست می‌دهند.

آیا پوشش لنز، رادیواکتیو است؟

پوشش‌های لنز دارای رنگ‌های متنوعی هستند که در صورت مشاهده از زاویه‌های خاص ممکن است زرد به نظر برسند. رنگ آن‌ها به رادیواکتیویته لنز مربوط نمی‌شود و می‌تواند برای لنزهای رادیواکتیو و غیر رادیواکتیو هر رنگی باشد.

برخی منابع به‌اشتباه بیان می‌کنند که روکش‌های لنز رادیواکتیو هستند؛ اما این‌طور نیست. شیشه واقعی حاوی توریوم است و روکش‌ها این عنصر را در خود ندارند. به‌عنوان مثال، مامیا (Mamiya) از پوشش‌های مایل به زرد در بیشتر لنزهای قدیمی خود استفاده می‌کند؛ درحالی‌که فقط برخی از آن لنزها رادیواکتیو هستند.

چرا لنزهای رادیواکتیو با گذشت زمان زرد می‌شوند؟

اشعه باعث ایجاد مراکز کانونی در شیشه می‌شود؛ زیرا پوسیدگی رادیواکتیو الکترون‌ها را جابه‌جا می‌کند. همین مسئله باعث می‌شود شیشه رنگ زرد یا قهوه‌ای به خود بگیرد. اشعه ماوراء بنفش می‌تواند مقداری از زردی لنز را برطرف کند. قرار گرفتن در معرض نور خورشید یا منابع نور ماوراء بنفش برای کاهش زردی تا ۷ روز طول می‌کشد. البته، عده‌ای از رنگ گرم موجود در عکس‌ها پس از زرد شدن لنز خوششان می‌آید و این را یکی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد لنزهای توریومی می‌دانند.

چگونه از لنزهای رادیواکتیو نگه‌داری کنیم

برای جلوگیری از قرار گرفتن در معرض تابش زیاد لنزهای رادیواکتیو، آن‌ها را تا آنجا که ممکن است از خود دور نگه دارید. اگر می‌توانید، آن‌ها را در اتاق خواب یا مکان‌هایی که نزدیک انسان هستند به مدت طولانی نگه ندارید.  پرتوها ضعیف هستند؛ اما می‌توانند در طول زمان جمع شوند و در نهایت آسیب‌رسان باشند.

 کیس آلومینیومی گزینه مناسبی است؛ زیرا این ماده محافظ خوبی برای پرتوهای آلفا و بتا محسوب می‌شود. البته باید به این مسئله توجه کنید که فاکتور فاصله مهم‌تر و تأثیرگذارتر از جنس کیس نگه‌داری دوربین است. بنابراین اگر نگران هستید، فاصله خود و لنزها را افزایش بدهید.

آیا لنزهای رادیواکتیو به دوربین‌ها آسیب می‌رسانند؟

همه وسایل الکترونیکی تا حدی مستعد آسیب ایجادشده توسط اشعه هستند؛ حتی دوربین‌های دیجیتال از تشکیل پیکسل‌های داغ روی سنسور رنج می‌برند.

یک آزمایش ساده نشان داده است که چگونه اشعه می‌تواند روی سنسور دوربین تأثیر بگذارد. پس از اکسپوژر ۹۰ ثانیه‌ای هنگامی که در لنز بسته بود، لنز رادیواکتیو پیکسل‌های واضحی روی تصویر نهایی برجای گذاشت. این جایی است که ذرات با شدت بالا به سنسور برخورد می‌کنند. پیکسل‌ها هنگام ثبت فریم بعدی به حالت عادی بازگشتند و مشکلی پیش نیامد؛ اما به نظر می‌رسد ایده خوبی باشد که لنزهای رادیواکتیو را از بدنه دوربین جدا کنید.

آیا ارسال لنزهای رادیواکتیو با مشکل همراه است؟

لنزهای رادیواکتیو معمولاً برای ارسال مشکل ایجاد نمی‌کنند. تاکنون لنزهای مختلفی بدون هیچ مشکلی ارسال شده‌اند. البته یک‌ بار هنگامی که قرار بود لنز ۵۵ میلی‌متری Mamiya Sekor از طریق برنامه جهانی وب‌سایت ای‌بی از ایالات متحده آمریکا برای مشتری ارسال شود، مشکلی پیش آمد. حمل و نقل جهانی با یادداشتی مبنی بر اینکه مواد رادیواکتیو مجاز نیستند، لنز را به فروشنده بازگرداند.

آیا لنزهای رادیواکتیو هنوز ساخته می‌شوند؟

لنزهای مصرفی فعلی فاقد توریوم هستند و عناصر سازنده آن‌ها با شیشه‌های بهتر و جدیدتر جایگزین شده‌اند و از مشکل رادیواکتیویته جلوگیری می‌شود. نگرانی اصلی، سلامت کارگران کارخانه بود؛ زیرا هیچکس نمی‌خواهد شیشه این گونه لنز‌ها را صیقل بدهد و آسیاب کند و خود را در معرض اشعه قرار بدهد. همچنین ترس مردم از تشعشعات باعث می‌شود که محصول نهایی فروش سختی داشته باشد.

جالب اینجا است که توریوم هنوز در ارتش ایالات متحده آمریکا، در پیشرفته‌ترین پهپادهای Global Hawk استفاده می‌شود.

در یکی از اسناد موجود نوشته شده است:

در ۲۱ ژوئن ۲۰۱۷، پهپاد RQ-4 Global Hawk نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا در نزدیکی کوه ویتنی که در مرز بین پارک ملی Sequoia و جنگل ملی Inyo در کالیفرنیا قرار دارد، سقوط کرد. این منطقه ناهموار و دارای جنگلی وسیع است و اکنون نیروی هوایی می‌خواهد شخصی را به آنجا بفرستد تا قسمت‌هایی از هواپیمای بدون سرنشین را بازیابی کند.

این هواپیما همچنین دارای یک لنز نوری است که به توریوم آغشته شده است تا ویژگی‌های نوری را افزایش بدهد.

در وب‌سایت The Drive ذکر شده است:

توریوم یک ماده رادیواکتیو است و از طریق انتشار آلفا تجزیه می‌شود. اگر عدسی سوخته یا ذوب شده باشد، احتمال تابش آلفا بیشتر می‌شود.

اگر ارتش ایالات متحده آمریکا استفاده از توریوم را برای تغذیه اپتیک هواپیماهای بدون سرنشین خود انتخاب کند، شاید بتوان گفت هنوز هنگامی که کیفیت مطلق مورد نیاز باشد، این جنس بهترین گزینه است.

آیا لنزهای رادیواکتیو بهتر هستند؟

برخی از عالی‌ترین لنزهای قدیمی رادیواکتیو هستند. آیا توریوم در موفقیت آن‌ها تأثیری داشته یا این مسئله فقط یک تصادف است؟ گفتن آن دشوار است؛ اما این واقعیت که از لنزهای توریومی در سیستم‌های نوری با کیفیت بالا در هواپیماهای بدون سرنشین نظامی استفاده می‌شود، مورد اول را نشان می‌دهد.

شاید اگر با تعداد زیادی لنز رادیواکتیو آزمایش کنید، عاشق آن‌ها شوید. برای مثال Mamiya 58mm f/1.7 عملکرد نوری استثنایی دارد و تصاویری بی‌نظیری ثبت می‌کند. تقریبا همه لنزهای رادیواکتیو عالی هستند و نمونه ضعیفی از آن‌ها ساخته نشده است.

لنزهای مدرن غیر رادیواکتیو در وضوح و کنتراست مطلق از این لنزهای قدیمی پیشی می‌گیرند. علاوه بر این، آن‌ها معمولاً دارای طرح‌های پیچیده‌تر، با عناصر و گروه‌های بیشتر هستند؛ اما ویژگی‌های نوری لنزهای قدیمی برای برخی از مردم خوشایندتر است.

نظر شما همراهان زومیت درباره لنزهای رادیواکتیوی چیست؟ آیا تاکنون از آن‌ها استفاده کرده‌اید؟