Promieniowanie w środowisku człowieka

Jeżeli przyjrzymy się szczegółom mapy nuklidów zauważymy istniejące w przyrodziew stosunkowo dużych ilościach nuklidy nietrwałe. Ich czasy zaniku są duże, większe od prawdopodobnego czasu utworzenia układu słonecznego.

Jednocześnie na przestrzeni ostatnich lat człowiek wpływał na stan środowiska naturalnegozwiększając zagrożenie promieniowaniem poprzez próby z bronią jądrową i awarieelektrowni jądrowych.

Promieniowanie dochodzi do nas też z kosmosu – warstwa atmosfery niezbyt dobrze odcinanas od promieniowania kosmicznego

1

2

40KIlość poszczególnych izotopów potasu w przyrodzie:

39K 93%

40K 0.01%

41K 7%

Ten izotop rozpada się na drodze rozpadu beta – β- 89%, bez emisji promieniowania gammaDo stanu podstawowego 40Ca i β+ / EC - 11% , praktycznie w całości do stanu wzbudzonego40Ar który to stan deekscytuje z emisją kwantu gamma o energii 1461 keV.

Oznacza to że około 10-4 jąder potasu znajdujących się w naszym środowisku jest promieniotwórcza. Jest to olbrzymia ilość! Część tego znajduje się w człowieku!

Ilość wszystkich izotopówwapnia w skorupie ziemskiejwynosi 2x104 mg/kgczyli około 2 mg/kg 40K

3

Ogółem w skorupie ziemi znajduje się 18 pojedynczo występujących pierwiastków promieniotwórczych o okresach połowicznego zaniku od 109 do 1021 lat.

Przedział liczb masowych tych pierwiastków jest szeroki od 40K do 190Pt. Lekkie rozpadająsię poprzez emisję promieniowania beta, cięższe na ogół poprzez emisję promieniowaniaalfa.

Dodatkowo istnieje 7 nuklidów które są prawdopodobnie nietrwałe ale jak dotychczasudało się wyznaczyć tylko dolne granice ich czasów połowicznego zaniku.

Z tych pierwiastków największe zagrożenie powoduje 40K.

Oprócz tego istnieje w przyrodzie kilka ciężkich pierwiastków tworzących łańcuchypromieniotwórczych rozpadów.

4

5

Izotopy te tworzą długie łańcuchy promieniotwórcze kończące się nastabilnych izotopach ołowiu.

Poszczególne nuklidy rozpadają się nadrodze przemian α, i β, towarzyszytemu emisja kwantów γ.

Kolejnymi nuklidami radioaktywnymiistniejącymi w przyrodzie są izotopytoru i uranu (odpowiednio 9.6 mg/kg i 2.7 mg/kg).

232Th –100% -tylko jeden izotop

6

7

234U – 5x10-5 , 2x105 lat235U – 0.7%, 7x108 lat238U – 99%, 4.5x109 lat

8

Najbardziej niebezpieczny jest 222Rnwydostający się z wnętrza Ziemi igromadzący się np.w naszych piwnicach

9

Widmo promieniowaniagamma w przeciętnymlaboratorium fizycznym

(bardzo podobnie wygląda w naszych mieszkaniach). Dominują przejścia gamma związane z 40K i łańcuchami rozpadu ciężkich pierwiastków.

Prawie niewidoczne natym rysunku przejście

o energii 662 keVpochodzi z rozpadu 137Cs,

głównie pozostałości po wybuchach jądrowych.

10

40K

11

W tabeli czerwonymi strzałkami zaznaczone są intensywnościprzejść gamma z40K i 137Cs.

Pozostałe przejściapochodzą z

łańcuchów rozpadów ciężkich nuklidów

12

39K 93.26%40K 0.01%41K 6.73%

232Th 100%

234U 0.0055%235U 0.72%238U 99.27%

13

14

15

16

Radon i jego pochodne w budynkach

„Radon” to jeden z izotopów pierwiastka promieniotwórczego „radon” powstaje w naturalnym szeregu 238U.

Własności fizyczne i chemiczne radonu

- najcięższy z gazów szlachetnych, gęstość 9.96 g/cm3 ; w porównaniu do1.29 g/cm3 dla powietrza w normalnych warunkachprzenikając z gleby do powietrza może, przy braku przewiewu, utrzymywać się blisko podłoża; na wyższe poziomy dostaje się wtedy poprzez dyfuzję - promieniotwórczy , „żyje” stosunkowo długo co ułatwia rozprzestrzenianie się - nie wchodzi w oddziaływania chemiczne w organizmie (gaz szlachetny) ­ jest

praktycznie w całości usuwany z organizmu z wydychanym powietrzem to nie sam radon stanowi zagrożenie radiologiczne ale pochodne przemianypromieniotwórczej (rozpadu) radonu radionuklidy: (polon-218, polon-214), (ołów-214), (bizmut-214)

17

radioizotopy pierwiastków stałych, osadzających się na aerozolach zawieszonychw powietrzu, aerozole mogą osadzać sie w płucach, a ponieważ są stosunkowokrótko żyjące są głównym źródłem dawki od promieniowania naturalnego środowiska, przede wszystkim za przyczyną promieniotwórczych rozpadów :

Badania przeprowadzone w 1996 r. przez Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej pokazały, że średnie stężenie radonu w budynkach mieszkalnych w Polsce wynosi ok. 50 (rozrzut danych od 13 do 99 ).

Normy stężenia radonu:200 – w budynkach oddanych

do użytku po 1.I.1998 r.400 – w budynkach starszych

pokazują że radon nie stanowi w Polsceistotnego zagrożenia radiologicznego.

18

Kumulacja i wydalanie radionuklidów z organizmu człowieka - efektywny półokres rozpadu (przebywania)radionuklidu organizmie:

Jak można się było spodziewać, jest on mniejszy od najkrótszegoz półokresów składowych.

Przykład:

W wybuchach atomowych (lata 60.) i w katastrofie czarnobylskiej wyemitowane zostały m.in. iktóre po wniknięciu do organizmu człowieka zanikały z efektywnymipółokresami rozpadu, jak w tabelce:

)b()f()ef( 2/12/12/1 TTT111

I131 Cs137

19

[1] Dotyczy gruczołu tarczycy

Wnioski:ulega w całości przemianie promieniotwórczejzanim zostanie w istotnym stopniu wydalony, odwrotnie jest skutecznie usuwany z organizmu, szybciej niż poprzez sam jegorozpad promieniotwórczy

109 dni 7.5 dniaT1/2(efekt)

110 dni 120 dni[1]

T1/2(biol)

30.2 lat8.04 dniaT1/2(fiz)

137Cs131I

20

Tabela. Charakterystyczne aktywnościpromieniowania jonizującego różnych obiektów.

Materiał/obiekt /skażenie

Aktywność [Bq] Uwagi

woda pitna 0.4 – 40 1 l

żywność 100 – 1000 1 kg suchej masy,

ciało człowieka ~ 7000 70 kg; ,K40

,C14 (węgiel-14)

powietrze w pomieszczeniach mieszkalnych, Polska, 1997

~ 50 1 3m ; Rn222

gleba ~ 500 1 kg

nawozy fosforowe (superfosfat)

~ 3105 1 kg; U238

21

U238 ~ 7101 1 kg

Pu239 (pluton-239) ~ 12102 1 kg

Co60 ~ 16104 1 kg

tzw. gorąca cząstka po wybuchu w Czarnobylu; 1986, teren Polski

52 1010

zegarek z luminoforem

42 1010 Ra226

źródło promieniotwórcze laboratoryjne

53 1010 Cs137

22

zniszczenie reaktora, Three Mile Island, USA, 1979

~ 1210 ( ~ 50 Ci)

wybuch reaktora, Czarnobyl, Ukraina, 1986

~ 1910 (~ 300 MCi)

na dzień wybuchu,

26. IV. 1986

reaktor atomowy ~ 2010 ( ~ 2000 MCi)

eGW 1 (moc elektryczna)

bomba wodorowa ~ 2310

( ~ 2000 GCi) 1 Mt TNT (trotyl)

23

Promieniowanie kosmiczne

Głównym źródłem zagrożenia jest promieniowanie pochodzące z dalekiego kosmosu.Promieniowanie słoneczne nie przenika przez pole magnetyczne Ziemi.

Należy tu wyróżnić bezpośrednie działanie promieniowania kosmicznego oraz wytwarzanie przez to promieniowanie nuklidów promieniotwórczych.

Działanie bezpośrednie - składowa jonizująca - roczna dawka efektywna 0.24 mSv- składowa neutronowa - 30µSv

rejestrowane na poziomie morza i rośnie znacząco z wysokością.

Wysokoenergetyczne promieniowanie kosmiczne wytwarza w atmosferze około 30 nuklidówpromieniotwórczych z czego cztery: 3H, 3Be, 14C i 22Na odgrywają znaczącą rolęw napromieniowaniu żywych organizmów. 24

25

26

27

Promieniotwórczość w świadomości społecznej

1945 Hiroshima i Nagasaki

Eksperymentalne wybuchy jądrowe: USA, Francja, Rosja, Chiny, …

1979 Three Mile Island (TMI), U.S.A., awaria w elektrowni atomowej

1986 Czarnobyl (Ukraina), awaria w elektrowni atomowej katastrofa o skutkach ekologicznych

(regionalnych, globalnych).

Nie jest to bynajmniej promieniotwórczość naturalna i efekty tych wydarzeń stanowią znikomą część promieniowania naturalnego!

28

Rozpad beta

eA

ZAZ

eA

ZAZ

eA

ZAZ

YeXeYXeYX

11

11

11Rozpad β-

Rozpad β+

M(Z,A) > M(Z+1,A)

M(Z,A) > M(Z-1,A)

M(Z,A) > M(Z-1,A) + 2me

Warunki energetyczne -M w tym wypadku oznaczamasę atomu!

masa elektronu i pozytonu – 0.511 MeV