Zagrożenie promieniowaniem

Promieniowaniem nazywamy zjawisko polegające na wysyłaniu i przekazywaniu energii na odległość. Energia ta może być wysyłana w postaci: cząstek (promieniowanie korpuskularne), światła (fotony), ciepła (promieniowanie cieplne) oraz fal elektromagnetycznych. Źródłem promieniowania elektromagnetycznego są zmiany w stanie jądra atomowego, powłok elektronowych atomów lub cząsteczek oraz zmiany stanu rotacyjnego lub oscylacyjnego cząsteczek. W sposób istotny oddziaływuje na organizmy tylko ta część promieniowania elektromagnetycznego, która jest pochłaniana przez atomy, cząsteczki i struktury komórkowe. Z punktu widzenia oddziaływania na materię, promieniowanie elektromagnetyczne można podzielić na promieniowanie jonizujące i nie jonizujące.

Promieniowanie jonizujące, wywołuje zmiany ładunków elektrycznych w obojętnych atomach lub cząsteczkach materii. Promieniowanie jonizujące jest to krótkofalowe promieniowanie elektromagnetyczne (promieniowanie rentgenowskie lub gamma) oraz każde promieniowanie składające się z cząstek jonizujących bezpośrednio lub pośrednio. Cząstki jonizujące bezpośrednio są to cząstki naładowane (elektron, proton), mające wystarczającą energię, aby wywołać jonizację atomu przez zderzenie. Cząstki jonizujące pośrednio są to cząstki nie naładowane (neutron, foton), które mogą wyzwolić w ośrodku cząstki jonizujące lub wywołać przemianę jądrową. Promieniowanie rentgenowskie i gamma odznaczają się dużą przenikliwością, stąd też mogą one oddziaływać na procesy życiowe lub niekorzystnie wpływać na zmiany w strukturze komórki. Odpowiedniej grubości warstwa wody, betonu lub ołowiu stanowi skuteczną ochronę przed tego typu promieniowaniem, którego nie można wykryć za pomocą zmysłów.

W roku 1896 francuski uczony odkrył, że minerały zawierające uran emitują niewidoczne dla oka promieniowanie, przenikające przez ciała nieprzeźroczyste i działające na kliszę fotograficzną. Badania tego zjawiska prowadzone przez Marię Skłodowską-Curie i jej męża Piotra, doprowadziły do odkrycia nowych pierwiastków: Polonu i Radu, emitujących to promieniowanie i nazwanych pierwiastkami promieniotwórczymi lub radioaktywnymi. Dalsze badania wykazały, że zjawisku promieniotwórczości towarzyszy powstawanie nowych pierwiastków, a więc jego istota polega na zmianach zachodzących w jądrach atomowych. Ponadto stwierdzono, że pierwiastki radioaktywne emitują trzy rodzaje promieniowania o różnej naturze, które nazwano alfa, beta, gamma. Obecnie wiadomo, iż rozpad jąder atomowych może być również źródłem promieniowania rentgenowskiego oraz promieniowania gamma.

Radioaktywność to zjawisko samorzutnego przekształcania się izotopów nietrwałych danego pierwiastka w inny izotop tego samego lub innego pierwiastka, z równoczesną emisją promieniowania jądrowego. Promieniotwórczość obserwowana w istniejących w przyrodzie izotopach nazywa się promieniotwórczością naturalną, natomiast promieniotwórczość izotopów otrzymanych w różnych reakcjach jądrowych nazywa się promieniotwórczością sztuczną lub wzbudzoną. Promieniotwórczość naturalna jest wynikiem obecności naturalnych izotopów promieniotwórczych w skorupie ziemskiej oraz promieniowania kosmicznego.

Radioaktywność może stanowić dla człowieka zagrożenie wynikające ze skażenia środowiska substancjami promieniotwórczymi. Skażenie to najczęściej jest spowodowane przez:

awarie reaktorów,
spalanie paliw kopalnych, z których następuje uwalnianie radu czy toru,
bezpośrednie zrzucanie radioaktywnych odpadów do mórz i oceanów, bądź składowanie ich w ziemi,
eksploatacje i przerabianie rud, np. uranu,
nieprzestrzeganie norm dot. produkcji materiałów budowlanych z wykorzystaniem radioaktywnych popiołów i żużli, powstających ze spalania węgla kamiennego i brunatnego,
przeprowadzanie próbnych wybuchów jądrowych.
W wyniku tych działań następuje wzrost ilości pierwiastków radioaktywnych w powietrzu, glebie i wodzie, co stanowi poważne zagrożenie dla życia organizmów.

Przez umiejętne gospodarowanie, zjawisko radioaktywności można szeroko stosować w:

medycynie podczas sterylizacji sprzętu medycznego
diagnostyce i terapii medycznej, w których wykorzystuje się techniki radiologiczne i radioizotopowe,
radiacyjnej konserwacji żywności, skutecznym zwalczaniu pasożytów, grzybów i bakterii chorobotwórczych oraz eliminowaniu chemizacji żywności i pasz,
przemyśle węglowym, atomowym, energetycznym, hutniczym, chemicznym oraz w rolnictwie,
reaktorach jądrowych, w zakładach produkcji i dystrybucji radioizotopów, w zakładach przerobu paliwa jądrowego,
laboratoriach i instytucjach stosujących radioizotopy do celów naukowych,
archeologii oraz geologii przy badaniu wieku skał.

Doskonałym przykładem obrazującym obawy i nadzieje ludzi związane z promieniotwórczością jest elektrownia jądrowa. Elektrownia jądrowa, nazywana także atomową, jest to elektrownia, która w skali przemysłowej przetwarza energię jądrową na elektryczną. Elektrownia jądrowa jest zwykle połączeniem reaktora jądrowego dużej mocy z klasyczną elektrownią cieplną. Moc elektrowni zależy od rodzaju reaktora i metody chłodzenia. Uzyskiwana z elektrowni atomowej moc cieplna jest następnie zamieniana na energię elektryczną. Jest to bardzo korzystne dla środowiska, ponieważ uzyskujemy energię elektryczną bez konieczności stosowania będących już na wyczerpaniu naturalnych paliw kopalnych, takich jak węgiel kamienny czy brunatny, lub ropa naftowa. Przykładowo, jeden gram uranu-235 ma wydajność energetyczną odpowiadającą 2,7 tony węgla kamiennego. Bardzo istotnym jest fakt, iż elektrownia jądrowa nie degraduje środowiska, nie emitując do atmosfery szkodliwych produktów spalania, takich jak różnego rodzaju gazy i pyły. W ostatnich latach dał się zaobserwować narastający sprzeciw społeczeństw przeciwko energetyce jądrowej. Niewątpliwie jest on spowodowany skutkami składowania odpadów radioaktywnych oraz skutkami awarii reaktorów atomowych, np. w 1986 roku w Czarnobylu. Niemniej jednak faktem jest, że oddziaływanie elektrowni jądrowej na środowisko jest mniej szkodliwe niż elektrowni cieplnych.
Podsumowując, przedstawię krótko pozytywne i negatywne skutki funkcjonowania elektrowni jądrowej w środowisku. A zatem do tych negatywnych możemy zaliczyć:

Możliwość wydzielania nuklidów promieniotwórczych podczas eksploatacji reaktora jądrowego.
Kłopotliwy problem składowania i zagospodarowywania radioaktywnych odpadów, powstających z reaktora jądrowego. Możliwość skażenia wód, powietrza i gleb znajdujących się w rejonie składowania odpadów.
W przypadku awarii reaktora stanowi zagrożenie skażenia radioaktywnego.
Natomiast do niewątpliwych korzyści czerpanych z reaktora atomowego zaliczymy to, że:
Nie emituje pyłów oraz szkodliwych gazów, przez co w minimalnym stopniu degraduje środowisko.
Eliminuje problemy usuwania i składowania lotnych popiołów.
Wielokrotne zmniejszenie ilości odpadów i powierzchni ich składowania.
Ogranicza eksploatację paliw kopalnych.
Nie wymaga hałaśliwych urządzeń do nawęglania.
Zajmuje niedużą powierzchnię.
Z tego zestawienia widać, iż elektrownia jądrowa ma niewątpliwie więcej zalet niż wad. Poza tym, świat stoi obecnie w sytuacji bez wyjścia, ponieważ niebawem definitywnie skończą się zapasy wszystkich paliw kopalnych, i prawdopodobnie nie będzie alternatywy dla elektrowni atomowych.

Człowiek oraz wszystkie żyjące na Ziemi organizmy są stale narażone na wpływ promieniowania jonizującego. Na skutek oddziaływania promieniowania na tkankę żywą, zachodzą w niej pewne zmiany. Zależą one od rodzaju promieniowania, jego natężenia i energii, a także rodzajów tkanki, położenia źródła promieniowania i czasu ekspozycji. Promieniowanie jonizujące oddziałując z tkanką żywą powoduje jonizację atomów i zmianę przebiegu biologicznych procesów w komórce. Nie wszystkie zmiany w strukturach biologicznych, zwłaszcza w cząsteczkach kwasów nukleinowych (DNA) i chromosomach ujawniają się w organizmie od razu po napromieniowaniu, wiele następstw ma miejsce w znacznie późniejszym czasie, jako tzw. zmiany późne. I może to być białaczka (w wyniku uszkodzenia szpiku kostnego), nowotwory złośliwe skóry, kości, zaćma czy zaburzenia przewodu pokarmowego (w wyniku dysfunkcji jelit). Ogólnie, mogą to być zmiany somatyczne, trwałe dla danego organizmu, jak również zmiany genetyczne, przekazywane następnym pokoleniom. Niszczące działanie promieniowania jądrowego jest wykorzystywane w terapii nowotworowej. Skutki biologiczne promieniowania jądrowego można obserwować przy napromieniowaniu zewnętrznym, kiedy źródło jest na zewnątrz organizmu, lub wewnętrznym, kiedy źródło jest wewnątrz organizmu. Szczególnie niebezpieczne jest właśnie to napromieniowanie wewnętrzne, gdyż nawet mało przenikliwe promieniowanie jest bardzo skutecznie jonizujące. Najczęstszymi drogami przedostawania się radioizotopów do wnętrza organizmu człowieka są drogi oddechowe, układ pokarmowy oraz skóra. Skażenie powierzchni ciała jest znacznie mniej groźne, bo jest możliwe do usunięcia, np. przez umycie ciała.

Skutki i następstwa promieniowania zależą przede wszystkim od dawki promieniowania, tzn. rodzaju, czasu ekspozycji i natężenia promieniowania. Dla człowieka dopuszczalne dawki są różne, zależnie od wieku, stanu zdrowia i organu napromieniowanego. Przyjmuje się dawkę 4 siwertów jako dawkę powodującą śmierć w 50% wypadków przy napromieniowaniu całego ciała.

W ostatnich latach zwrócono uwagę na skutki działania promieniowania elektromagnetycznego niejonizującego, w szczególności promieniowania o wysokiej częstotliwości. Działanie tego promieniowania na organizmy żywe, a także na organizm ludzki, nie jest dokładnie rozpoznane; uważa się je obecnie za jedno z powszechnych zanieczyszczeń środowiska. Promieniowanie o wysokiej częstotliwości powstaje w wyniku działania zespołów sieci i urządzeń elektrycznych w pracy oraz w domu (np. kuchenki mikrofalowe, żelazka, lodówki, odkurzacze, pralki, telewizory), urządzeń elektromechanicznych do badań diagnostycznych i zabiegów fizykoterapeutycznych, stacji nadawczych, urządzeń energetycznych, telekomunikacyjnych, rakiolokacyjnych czy radionawigacyjnych.

Negatywny wpływ energii elektromagnetycznej przejawia się tzw. udarem cieplnym, co może powodować dodatkowe zmiany biologiczne, np. zmianę właściwości koloidalnych w tkankach, a nawet doprowadzić do śmierci termicznej. Szczególnie szkodliwe oddziaływanie na środowisko mają linie wysokiego napięcia, w pobliżu których wytwarzają się napięcia i prądy niebezpieczne dla zdrowia i życia ludzi. Pole elektromagnetyczne wytwarzane przez silne źródło niekorzystnie zmienia warunki bytowania człowieka, wpływa na przebieg procesów życiowych organizmu; mogą wystąpić zaburzenia funkcji ośrodkowego układu krwionośnego oraz narządów słuchu i wzroku. Najbardziej narażeni są ludzie zatrudnieni przy obsłudze urządzeń emitujących tego rodzaju promieniowanie. Przeprowadzone badania lekarskie tej grupy pracowników ujawniły, że najczęstszymi ich dolegliwościami były: pieczenie pod powiekami i łzawienie, bóle głowy, drażliwość nerwowa, wypadanie włosów, suchość skóry, oczopląs, arytmia serca, objawy nerwicowe, zaburzenie błędnika. Zespół wymienionych objawów określa się ogólnym pojęciem "choroby radiofalowej" lub "choroby mikrofalowej". Biologiczne skutki skażeń elektromagnetycznych nie są możliwe do wykrycia za pomocą zmysłów, nie są też one od razu odczuwalne, a mogą wystąpić dopiero po wielu latach.

Obecnie prawie wszyscy ludzie podlegają ekspozycji promieniowania elektromagnetycznego pochodzącego ze źródeł sztucznych. Poziom tej ekspozycji zależy od stopnia uprzemysłowienia danego regionu, koncentracji stacji nadawczych i liczby odbiorników, liczby lotnisk, portów morskich czy rozwoju sieci energetycznej. Obecność pół elektromagnetycznych o częstotliwości 50Hz ma także degenerujący wpływ na rośliny i zwierzęta. U roślin obserwuje się opóźniony wzrost i zmiany w budowie zewnętrznej, u zwierząt natomiast zaburzenia neurologiczne oraz zaburzenia w krążeniu, zakłócenia wzrostu, żywotności i płodności.

Każdy mieszkaniec Ziemi otrzymuje przeciętnie w ciągu roku dawkę 2,4 milisiwertów związaną z naturalnym tłem promieniowania. Za bezpieczną dawkę roczną przyjmuje się 3 milisiwerty. Ludność Polski do 1986 roku otrzymywała od tła naturalnego równoważnik dawki promieniowania wynoszący średnio 2 milisiwerty. Wybuchy jądrowe prowadzone przez mocarstwa atomowe w latach 1945-80 spowodowały wprowadzenie do biosfery wielkich ilości radioizotopów. Szczególne nasilenie eksperymentów atomowych miało miejsce w latach 1962-63, kiedy to w Polsce średnioroczne skażenie opadem całkowitym wynosiło ok. 40 kilobekereli na metr kwadratowy, a skażenie powietrza - 110 milibekereli na metr sześcienny. Dalsze lata ujawniły, że oprócz wybuchów jądrowych równie groźne dla środowiska są awarie elektrowni jądrowych.

Szczególnie groźna, także dla Polski, była katastrofa reaktora jądrowego w Czarnobylu na Ukrainie w 1986 roku. W wyniku wybuchu, w okresie od 26 kwietnia do 6 maja 1986 roku, do środowiska zostały uwolnione jod-131 i cez-137 oraz w niewielkich ilościach stront-90. Łącznie aktywność substancji promieniotwórczych uwolnionych w czasie awarii wynosiła 2 miliardy gigabekereli. Była to największa i najtragiczniejsza awaria reaktora jądrowego, która pochłonęła wiele ofiar. Skażenie powietrza w Polsce przed awarią wynosiło ok. 1 milibekerel na metr sześcienny, natomiast po awarii - przeciętnie 100 kilobekereli na metr sześcienny, a wód powierzchniowych ok. 10 bekereli na decymetr sześcienny. Ocenia się, że 25% powierzchni Polski zostało silnie skażonych; największe skażenie dotknęło północno-wschodnie oraz częściowo południowe regiony kraju. Skutki tej awarii mają różnorodny charakter. Skażenie jodem ustąpiło szybko, na skutek krótkotrwałego okresu połowicznego rozpadu tego izotopu. Pozostał problem skażenia izotopami cezu i strontu, których okresy połowicznego rozpadu wynoszą prawie 30 lat.

Izotop strontu (stront-90), podobnie jak wapń jest składnikiem nieorganicznym kości. Gdy wraz z pokarmem dostanie się do organizmu, działa jonizująco na żywe komórki krwi. Emitując promienie beta powoduje niebezpieczne zmiany nowotworowe w tkance kostnej i szpiku kostnym (rak kości).

Izotop cezu (cez-137) jest stosunkowo dobrze rozpuszczalny i podobny pod względem właściwości chemicznych do potasu. W przeciwieństwie do strontu nie jest kumulowany w organiźmie, lecz szybko usuwany. Cez łatwo dostaje się do organizmu ludzkiego ze spożywanym mlekiem, mięsem czy warzywami. Emitując promienie ma możliwości wywołania zmian genetycznych w gonadach.

Katastrofa w Czarnobylu była wynikiem błędów popełnionych podczas eksperymentu.

Na koniec przedstawię sposoby ochrony środowiska przed promieniowaniem. Jakie mogą być metody ochrony środowiska przed skażeniami radioizotopami:

zakaz wprowadzania do materiałów budowlanych odpadów radioaktywnych,
składowanie odpadów radioaktywnych w izolowanych osłonach lub pojemnikach eliminujących bądź ograniczających emisję radioizotopów do środowiska. Dobrym sposobem unieszkodliwienia odpadów jest formowanie ich w bloki szklane lub ceramiczne. Tak zabezpieczone odpady umieszcza się na dnie oceanów lub głęboko pod powierzchnią ziemi, np. w wyeksploatowanych kopalniach soli
zagospodarowanie odpadów poprodukcyjnych reaktorów jądrowych
zaniechanie prób nuklearnych z bronią jądrową
budowanie elektrowni jądrowych z wykorzystaniem najnowocześniejszych technologii światowych
zaostrzenie przepisów bezpieczeństwa w elektrowniach jądrowych

Zapobieganie szkodliwemu oddziaływaniu pól elektromagnetycznych powinno się przejawiać w:

zaniechaniu budowania domów mieszkalnych, zakładów pracy, prowadzenia upraw ogrodniczych i sadowniczych w pobliżu linii wysokiego napięcia
wprowadzaniu zabezpieczeń dla osób pracujących przy urządzeniach emitujących szkodliwe promieniowanie elektromagnetyczne oraz skracaniu czasu pracy
tworzenie stref ochronnych wokół linii przesyłowych wysokiego napięcia
uziemianiu urządzeń i przedmiotów pozostających w zasięgu działania pola elekromagnetycznego
stosowaniu metalowej siatki ochronnej w miejscach skrzyżowania linii przesyłowych z drogami publicznymi o znacznym natężeniu ruchu.

Bibliografia:


Promieniowanie jonizujące a człowiek i środowisko - A. Składowska, B. Gostkowska
Fizyka - Wydawnictwa Naukowo-Techniczne
Ochrona przed promieniowaniem - Państwowa Agencja Atomistyki
Fizyka - Z. Kamiński