Jonizacja powietrza

• Problem promieniowania jonizującego w biosferze nie stanowi

osobliwości wieku energii jądrowej. Od chwili powstania życia na

Ziemi podlegało ono działaniu promieniowania jonizującego,

które pochodzi z dwóch źródeł: pierwsze to promieniowanie

kosmiczne, drugie to zanieczyszczenia skorupy ziemskiej i

atmosfery pierwiastkami promieniotwórczymi.

• Dzięki właściwościom ochronnym ozonosfery do biosfery dociera

tylko minimalna część promieniowana (10

-13

W/m2 ), natomiast

na wysokości 20 km od powierzchni Ziemi wielkości

promieniowania są wyższe 50 razy.

• Niektóre rodzaje promieniowania oddziałują na materię,

powodując zmiany równowagi w materiale napromienianym,

polegające na tzw. jonizacji lub wzbudzaniu atomów, jest to

promieniowanie jonizujące.

• Jonizacja polega na uwalnianiu („wybijaniu”) z atomu cząsteczki

elementarnej, czyli elektronu. Wskutek tego z pierwotnie

obojętnego elektrycznie atomu powstaje wolny jon ujemny

(elektron) i dodatnio naładowana pozostałość, tj. atom

pozbawiony jednego ładunku ujemnego.

• Wzbudzanie atomów zachodzi natomiast wtedy, gdy ilość energii

jest niedostateczna dla wywołania procesu jonizacji, a dawka

promieniowania wprowadzona do atomu zostaje zużyta do

przeniesienia jednego z elektronów na tor o wyższym poziomie

energetycznym, ale w obrębie tego samego atomu.

• Okresy trwania jonów wytworzonych pod wpływem jonizacji

lub wzbudzania atomów są bardzo małe i wynoszą w

przybliżeniu 10

-5

-10

-7

s (Derecki 1975).

• W układach biologicznych część produktów jonizacji może

reagować z jego składnikami inicjując łańcuch przemian

fizykochemicznych, chemicznych i innych.

• Promieniowanie jonizujące można podzielić na dwa

zasadnicze rodzaje:

 cząstkowe (korpuskularne), którego nośnikami są cząstki

elementarne

o

różnej

budowie,

masie,

ładunku

elektrycznym, szybkości, takie jak: neutrony, protony,

cząstki beta (czyli elektrony), cząstki alfa (czyli jądra helu) i

inne,

 falowe, którego istotą są fale elektromagnetyczne o bardzo

wysokiej częstotliwości, czyli najmniejszej długości fal. Do

drugiego rodzaju promieniowania zalicza się promieniowanie

rentgenowskie (czyli X) oraz gamma, różniące się jedynie

sposobem i miejscem powstawania. W wyniku działania

promieniowania

elektromagnetycznego

na

materię

zachodzą 3 procesy: fotoelektryczny, efekt Comptona (czyli

tzw. rozproszenie) i tworzenie się par elektronów.

• Zjawisko jonizacji powietrza polega na powstawaniu

dodatnich i ujemnych jonów z cząstek obojętnych, np.

drobin gazów, pyłów, cząstek aerozolu płynnego,

otrzymujących ładunki elektryczne dodatnie lub ujemne.

• Mechanizm powstawania jonów w powietrzu polega na

oderwaniu elektronu od cząstki lub atomu. Następuje

podział na część atomu o ładunku dodatnim oraz

elektrony o ładunku ujemnym.

• Stan jonizacji powietrza jest zmienny.
• Jony w wolnym powietrzu poruszają się podobnie jak

cząstki neutralne, wykonując ruchy cieplne Browna.

• Prędkość poruszania się jonów zależy od ładunku

elektrycznego,

biegunowości

i

natężenia

pola

elektrycznego.

• Jonizację powietrza wywołuje szereg czynników, które można

podzielić na źródła naturalne i sztuczne.

• Do źródeł naturalnych należy:

 promieniowanie kosmiczne,
 promieniowanie ultrafioletowe słońca,
 promienie Roentgena,
 pierwiastki promieniotwórcze zawarte w atmosferze,

hydrosferze i litosferze (naturalne radionuklidy

40

K,

226

Ra,

14

C),

 zjawiska fotoelektryczne,
 wyładowania atmosferyczne,
 jonizacja powietrza powstająca wskutek rozpylania

( rozbryzgiwania) wody, tzw. efekt Lenarda - brzeg morski,

wodospady nazywane naturalnymi jonizatorami,

 rozkład materii organicznej,
 zjawiska tarcia, np. przy przepływie gazów o otaczające

powietrze.

 Ciekawym problemem jest wytwarzanie jonizacji powietrza

przez rośliny, np. lasy świerkowe, a także rośliny

doniczkowe.

• Sztucznymi źródłami jonizacji będą:

 reakcje chemiczne spalania i utleniania,
 instalacje grzewcze i wentylacyjne,
 linie przesyłowe wysokiego napięcia,
 stacje przekaźnikowe (transformatory),
 silniki elektryczne,
 kineskopy (TV, komputery),
 przemysłowe pyły i gazy promieniotwórcze.

• Procesy jonotwórcze przebiegają nieustannie, ale zachodzi

równocześnie ich niszczenie (tzw. rekombinacja). Jony o przeciwnych

ładunkach elektrycznych łączą się wskutek przyciągania i powstaje

cząstka obojętna. Szybkość rekombinacji zależy od liczby zderzeń

między jonami o przeciwnych ładunkach.

 Jony dodatnie to najczęściej H

+

(H

2

O)

n

i (H

3

O)

+

(H

2

O)

n

, natomiast

jony ujemne to O

2-

(H

2

O)

n

i OH

-

(H

2

O)

n

.

• W atmosferze występują trzy grupy jonów:
 jony małe, zwane lekkimi, najruchliwsze (2 cm

2

/V∙ s), które składają

się z kilku - kilkunastu (3 - 30) cząsteczek powietrza i posiadają jeden

ładunek elektryczny (zwykle są to elektrony połączone z cząstkami

obojętnymi, najczęściej tlenu i wodoru). Na procesy biologiczne

największy wpływ wywierają właśnie jony lekkie.

 jony średnie o mniejszej ruchliwości (0,01 - 0,1 cm

2

/V∙ s), zawierające

100 - 1000 skupionych cząstek, ich właściwości nie są dokładnie

zbadane, według dotychczasowych danych istnienie tych jonów jest

uwarunkowane odpowiednim stopniem wilgotności powietrza.

 jony duże, zwane ciężkimi, o bardzo małej ruchliwości (0,001 cm

2

/V∙

s), stanowiące skupiska ponad 1000 cząstek, zaliczane do aerozoli,

gdzie nośnikiem ładunku elektrycznego, na którym osadzają się jony

lekkie są pyły, kropelki mgły itp., mogą one posiadać więcej aniżeli

jeden ładunek elektryczny, wymiary ich są rzędu 0,1 m.

• Znaczenie biologiczne przypisuje się nie tylko liczbie

jonów, ale też stosunkowi liczbowemu jonów dodatnich do

ujemnych. W powietrzu atmosferycznym najczęściej

znajduje się od 200 do 8000 jonów lekkich w 1 cm

3

, przy

stosunku jonów ujemnych do dodatnich jak 4:5. Duża ich

ilość znajduje się w czystym powietrzu górskim, w pobliżu

wodospadów, nad brzegiem morza, a także w pobliżu

lasów iglastych, zwłaszcza świerkowych.

• Dla życiowych czynności organizmu jonizacja powietrza

ma duże znaczenie. Wiadomo, że jony ujemne wpływają

na organizm człowieka i zwierząt korzystnie. Powodują

lepsze samopoczucie, zwalniają procesy przemiany

materii, obniżają ciśnienie krwi, zmniejszają liczbę

oddechów na minutę. Natomiast jony dodatnie na

wymienione procesy działają odwrotnie. Jeżeli jest ich

więcej, mogą powodować nawet zaburzenia naczyniowo-

ruchowe (Bonenberg, 2000).

• W powietrzu pomieszczeń dla zwierząt, w których jest

wysoka wilgotność, duże zapylenie i występuje duża ilość
drobnoustrojów, obniża się ilość jonów ujemnych.

• Także w powietrzu zanieczyszczonym gazami i pyłami ilość

ta jest znikoma.

• Prowadzone

są

badania

nad

sztuczną

jonizacją

pomieszczeń, przy pomocy generatorów jonów, zwanych
jonizatorami.

• Sztuczna ujemna jonizacja powietrza w pomieszczeniach

dla zwierząt może znaleźć w przyszłości szerokie
zastosowanie ze względu na korzystny wpływ na zdrowie i
produkcję zwierząt.

• Działanie sztucznej ujemnej jonizacji:

 poprawia przyrosty masy ciała opasów i tuczników,
 zwiększa wydajność mleka krów,
 zwiększa nieśność kur,
 poprawia jakość runa owiec,
 wzmacnia aktywność płciową rozpłodników,
 wzmacnia odporność organizmu poprzez zwiększenie

procesów hemopoezy i fagocytozy oraz zwiększenie
ilości globulin,

 przyspiesza proces gojenia się ran,
 zmniejsza śmiertelność w stadach zwierząt.