Wykład 6.

Promieniowanie jonizujące

Promieniowanie jonizujące towarzyszy życiu od jego zarania. Poziom promieniowania na powierzchni Ziemi zmieniaj się , w miarę jak upływały setki milionów lat, ale nie zmieniły się jego dwa główne źródła: promieniowanie kosmiczne i promieniotwórczość pierwiastków skorupy ziemskiej. Wszystko co dziś żyje, włącznie z człowiekiem, powstało w środowisku o pewnym poziomie promieniowania Od połowy XX wieku sytuacja uległa zmianie, gdyż pojawiły się nowe źródła promieniowania, stworzone przez człowieka: broń atomowa i energetyka atomowa. Źródła mniej potężne są stosowane w medycynie i badaniach naukowych. Promieniotwórczość sztuczna tym się różni od naturalnej, że w wyniku wybuchu atomowego lub awarii elektrowni atomowej pojawia się w jednym miejscu w ogromnej koncentracji, śmiertelnie niebezpiecznej a promieniotwórczość naturalna istniała niemal wyłącznie w natężeniach, z którymi dało się żyć. Dlatego zwierzęta i ludzie nie mają żadnych zmysłów do wykrywania promieniowania jonizującego. Zmysł taki nie był potrzebny. Najważniejsze rodzaje promieniowania jonizującego

1. Promieniowanie alfa. Są to jądra atomów helu. Ich oddziaływanie na materię jest bardzo silne i wobec tego energia ich wyczerpuje się prędko. Odległość, na jaką działają jest mała, mniej niż grubość skóry człowieka. Może być bardzo groźne, jeśli pochodzi z pierwiastka promieniotwórczego, który dostał się do wnętrza organizmu z pokarmem lub z wdychanym powietrzem. Źródłem są najczęściej bardzo ciężkie pierwiastki bądź to występujące naturalnie w skorupie ziemskiej, bądź w reaktorach i podczas wybuchów atomowych.

2. Promieniowanie beta, czyli cząstki beta. SA to szybkie elektrony. Czynią w materii znacznie mniej zniszczeń niż cząstki alfa i mają zasięg stukrotnie większy - do kilku

milimetrów. Są wytwarzane przez pierwiastki promieniotwórcze, a także w powietrzu przez oddziaływanie promieniowania kosmicznego.

3. Promieniowanie neutronowe powstaje w atmosferze pod wpływem cząstek

promieniowania kosmicznego. Strumienie szybkich neutronów powstają też podczas wybuchów jądrowych I są jednym 7, najważniejszych czynników zabijających istoty żywe.

4, Promieniowanie gamma i promieniowanie rentgenowskie jest to promieniowanie elektromagnetyczne, czyli o tym samym charakterze, co fale radiowe i światło widzialne, tylko o znacznie większej częstotliwości, mniejszej długości fali i większej energii (zwłaszcza promienie gamma). Są one bardzo przenikliwe, a więc nie można podać takiej grubości materii, która je zatrzymuje zupełnie. Podaje się natomiast jako miarę przenikliwości taką grubość warstwy materii (betonu, ołowiu, itp.), która osłabia promieniowanie przez nią przechodzące do połowy. Źródła naturalne I: promieniowanie kosmiczne

Promieniowanie kosmiczne składa się z różnych cząstek o bardzo wielkiej energii, przede wszystkim protonów i cząstek alfa oraz kwantów promieniowania elektromagnetycznego. To promieniowanie o dużej energii jest w większej części zatrzymywane przez atmosferę. Jego energia wyzwala w atmosferze wtórne promieniowanie kosmiczne, nazywane miękkim, o znacznie mniejszej energii. Jednym z efektów tego procesu jest powstawanie w powietrzu promieniotwórczego izotopu węgla 14C, bezcennego dla badaczy przeszłości Ziemi. Na jego istnieniu oparto jedną z metod określania bezwzględnego wieku szczątków organizmów. Źródła naturalne II: pierwiastki promieniotwórcze

Pierwiastki promieniotwórcze powstawały w drodze syntezy jeszcze przed ukształtowaniem się Ziemi. Znaczna ich część rozpadła się już dawno. Do dzisiaj dotrwały tylko takie, których okres połowicznego rozpadu wynosi co najmniej kilka miliardów lat. Są to przede wszystkim szeregi izotopów uranu i toru, a także potas-40, którego jest dość dużo. Znajdują się wszędzie, w glebach i skałach całego świata, zwykle w stężeniach ok.1-2 ppm. Niektóre skały, np. granit, zawierają ich więcej, więc w górach i na wyżynach promieniowanie z tego źródła jest nieco większe niż na nizinach. Na Dolnym Śląsku (okolice Kletna i Kowar) nasilenie jest jeszcze nieco większe. W latach 1950. wydobywano tam rudę uranu. Dawki promieniowania wyższe od przeciętnych otrzymują, górnicy, a także osoby mieszkające w domach budowanych z granitu albo z wielkiej płyty, do której użyto domieszki popiołów z elektrociepłowni. Popioły te są promieniotwórcze. Statystyczny mieszkaniec Europy ok.14% swojej całorocznej dawki promieniowania otrzymuje od ziemi, po której chodzi i od ścian domów, w których przebywa.

Sztuczne pierwiastki promieniotwórcze

Jest bardzo wiele promieniotwórczych pierwiastków, które powstają w reaktorach atomowych i trafiają do środowiska naturalnego. Najważniejsze z nich to: stront-90, cez-137, od-131 i pluton.

Stront-90 ma okres połowicznego rozpadu 28 lat. Chemicznie jest podobny do wapnia
wobec tego jest przez organizmy podobnie pobierany i podobnie gromadzony. Ślimaki
gromadzą go w muszlach, kręgowce w kościach. Większe nagromadzenie pierwiastka
promieniotwórczego w kościach jest śmiertelnie niebezpieczne, gdyż wewnątrz kości
znajduje się szpik kostny, tkanka niezbędna do życia, gdyż wytwarza ciągle nowe komórki
krwi. Komórki te żyją krótko i muszą być nieustannie zastępowane. Szpik jest też bardzo
wrażliwy na promieniowanie, gdyż zawiera komórki, które stale rozmnażają się przez
podział, ich DNA jest ciągle powielany i wtedy szczególnie podamy na uszkodzenia,
Cez-137 ma okres połowicznego rozpadu 30 lat Jego wpływ na zjawiska biologiczne
Przypomina wpływ potasu. Jest podobnie prędko przyswajany przez organizmy. U zwierząt,
zwłaszcza u kręgowców, większe ilości cezu gromadzą się w mięśniach.
Jod-131 ma okres połowicznego rozpadu 8 dni. Jest go bardzo dużo w produktach
pracy reaktora atomowego. W chmurze promieniotwórczej powstałej w wyniku katastrofy w Czarnobylu, większa część aktywności przypadała na ten izotop. Przykład jodu-131 jest
szczególnie pouczający. Zawartość jodu w tkankach organizmu ssaka, np. człowieka, jest
znikoma, w granicach 0,25-0.6 ppm przeciętnie w całym organizmie. Zawartość jodu w
tkankach tarczycy wynosi jednak ok.200 ppm, jego stężenie w tym narządzie jest
tysiąckrotnie większe. Jod promieniotwórczy też się gromadzi w tarczycy. Dawka
promieniowania, która mogłaby nie być groźna, gdyby ją podzielić równo między wszystkie
kanki organizmu, może okazać się śmiertelna, jeśli spowoduje raka tarczycy lub przytarczyc.

Jak się to mierzy?

Przyjęta obecnie jednostka aktywności materiałów promieniotwórczych nosi nazwisko odkrywcy zjawiska promieniotwórczości naturalnej - Antoniego Henryka Becąuerela. Źródło na aktywność jednego bekerela (l Bq), jeśli w ciągu jednej sekundy rozpada się w nim jeden atom. Jest to więc jednostka bardzo mała, jednostka skali atomowej.

Co począć ze śmieciami?

Radzenie sobie z coraz większymi ilościami śmieci jest poważnym problemem technicznym ze względu na ich urozmaicony skład. Istnieje wiele rozwiązań, ale każde z nich prócz zalet ma także i wady. Nowoczesne kompostownie mają olbrzymie, cylindryczne zbiorniki, które obracają się z wolna, mieszając zawartość. W temperaturze ponad 30oC rozkład szczątków organicznych następuje szybko i po 2-3 dniach śmieci stają się kompostem. Odpowiednia maszyny usuwają z niego metale, plastik i szkło. Maszyny nie potrafią jednak usunąć drobno potłuczonego szkła. Nie mogą też usunąć domieszek metali ciężkich, jeżeli te są rozpuszczone albo bardzo rozdrobnione. Z tego względu kompostów ze śmieci raczej nie używa się do uprawy roślin na pokarm, lecz tylko do zieleńców miejskich itp. lub na uprawy przemysłowe (np., rzepak).

Zaletą spalarni śmieci jest absolutne unieszkodliwianie wszystkich chorobotwórczych bakterii, wirusów i pasożytów. Wobec zawartości w śmieciach ogromnych ilości różnych plastików spalanie zawsze niesie ze sobą niebezpieczeństwo uwolnienia w powietrze jakichś związków chloroorganicznych, z diotoksynami włącznie.

Najbardziej rozpowszechniony sposób usuwania śmieci to wywożenie ich na wysypisko. Taki gigantyczny śmietnik nie tylko zajmuje miejsce w krajobrazie, ale rodzi też nowe problemy techniczne. Na wysypisko nie powinny trafiać substancje toksyczne, promieniotwórcze ani inne stwarzające zagrożenie dla zdrowia przyrody i człowieka. Zagrożenia, które stwarza wysypisko, są rozliczne. Najpoważniejszą groźbą jest możliwość zatrucia wód gruntowych. Woda z opadów może z nich wypłukiwać wiele substancji, od biogenów i innych soli, poprzez związki chloroorganiczne i metale ciężkie, aż do bakterii chorobotwórczych.

Według zasad obowiązujących w krajach rozwiniętych, misa budowanego wysypiska musi mieć dno i boki wyłożone materiałem wodoszczelnym. Na dnie trzeba ułożyć system rur - drenów, które będą odprowadzać wodę do oczyszczalni ścieków. W trakcie użytkowania wysypiska jeżdżą po nim ciężkie spychacze ugniatające śmieci, by zmniejszyć ich objętość. Po zakończeniu używania wysypiska, tzn. po jego napełnieniu, trzeba na wierzchu ułożyć system rur - drenów, które będą zbierać wytwarzające się gazy i odprowadzać je do wykorzystania, np. do niewielkiej elektrowni opalanej metanem. Nad rurami wysypisko musi być przykryte warstwą materiałów nieprzenikliwych dla gazów i wody. Na wierzch warstwa gruntu, w którym można sadzić rośliny. Jeśli będą to drzewa, warstwa gruntu musi mieć co najmniej 2 m grubości.

Trudno przewidzieć czy przyszłość należy do kompostowni, spalarni czy do wysypisk.
Wiadomo, że jedynym sposobem na zmniejszenie problemu jest sortowanie śmieci. Przy
śmietnikach powinny siać osobne poje tuniki na makulaturę, na szkło bezbarwne, na szkło
kolorowe, na plastik, na żelazo i na metale kolorowe. Sortowanie śmieci jest niemal
powszechne w tak bogatym kraju jak Niemcy.

---