Ochrona radiologiczna Paweł Wierciński, grupa 4b
Referat z ćwiczenia 5
Skażenie zwierząt radionuklidami
Naturalne i sztuczne tło nuklidów promieniotwórczych w środowisku
Na świecie występują naturalne pierwiastki promieniotwórcze, które tworzą naturalne tło promieniotwórcze oraz radionuklidy wytwarzane przez człowieka. Zarówno naturalne jak i sztuczne radionuklidy stanowią poważne zagrożenie dla ludzi i zwierząt.
Narturalne tło promieniotwórcze
Do naturalnych radionuklidów zalicza się radionuklidy macierzyste utworzone w okresie formowania się systemu słonecznego.Należy do nich około 15 radionuklidów, których okres półtrwania waha się od 704 mln lat (U-235) do 8*10 15 lat (Sm-148).Uważa się, że do tej pory nie odkryto jeszcze wszystkich radionuklidów, zwłaszcza tych o bardzo miskim stopniu radioaktywności. Do tej grupy zalicza się także radionuklidy pochodne długo żyjących pierwiastków macierzystych, tworzących naturalne szeregi promieniotwórcze.
Naturalne radionuklidy występują powszechnie w skałach granitowych, bazaltowych, piaskowcach i wapieniach. Emitują one „radiogeniczne ciepło” w ilości 8000 kalorii na 1 km kwadratowy.
Naturalne pierwiastki promieniotwórcze mogą w wyniku działalności człowieka powodować skażenie środowiska (spalanie węgla kamiennego, stosowanie nawozów zwłaszcza fosforanowych, w czasie wydobywania rudy uranowej).
Sztuczne tło promieniotwórcze
Źródłem skażeń sztucznymi radionuklidami są :
- odpady promieniotwórcze - stanowią je materiały lub przedmioty promieniotwórcze zawierające substancje promieniotwórcze, których dalsze wykorzystanie nie jest opłacalne lub niemożliwe; powstają zwykle w wyniku różnych procesów technologicznych, oczyszczania lub mycia przedmiotów skażonych radionuklidami, jako odpady fizjologiczne chorych leczonych radionuklidami, jako zwierzęta padłe w doświadczeniach laboratoryjnych oraz w wyniku innych czynności związanych ze stosowania izotopów promieniotwórczych; szczególne zagrożenie stanowią odpady promieniotwórcze powstające we wszystkich niemal stopniach produkcji, przeróbki i wyzyskiwania materiałów promieniotwórczych; odpady promieniotworcze dzieli się na gazowe, ciekłe i stałe
- powybuchowe odpady promieniotwórcze - powstają w wyniku próbnych wybuchów jądrowych, czyli niekontrolowanych reakcjach rozszczepienia jąder pierwiastków ciężkich lub w wyniku reakcji termojądrowej; tworzy się chmura promieniotwórcza , która osiąga wysokość 10-15 km i może przemieszczać się pod działaniem prądów atmosferycznych, powodując opady promieniotwórcze: nie ulegające rozpadowi części ładunku jądrowego, produkty rozpadu ciężkich pierwiastków ładunku jądrowego, radioizotopy powstałe przez oddziaływanie neutronów z eksplozjii na pancerz bomby i inne części składowe oraz trwałe elementy środowiska
- opad lokalny - składa się z cząstek najcięższych, których większość opada w ciągu najbliższych 24 godzin po wybuchu, stopień skażenia jest najintensywniejszy na osi śladu obłoku promieniotwórczego; na charakter i stopień skażenia terenu w dużym stopniu mają wpływ warunki atmosferyczne; przy dużych wiatrach część pyłu promieniotwórczego, który już opadł może być ponownie uniesiony i przeniesiony w inne miejsce
Drogi skażenia
- egzogenne - skóra, błony śluzowe (powstają oparzenia promieniotwórcze)
- endogenne - po wniknięciu radionuklidów do organizmu uczestniczą one w procesach metabolicznych
W zależności od drogo wniknięcia:
skażenia przez powłoki zewnętrzne - są mniej groźne, bo dekontaminacja je likwiduje; promieniowanie neutronowe może wzbudzić pierwiastki normalnie występujące w organiźmie; przez skóre mogą przenikać tylko pojedyncze gazy (radon, toron)
skażenia oddechowe - cząstki większe osiadają w nosie i krtani, mniejsze przenikają do dalszych części ukladu oddechowego; w pęcherzykach płucnych radionuklidy są wchłaniane do krwi i włączane do metabolizmu lub fagocytowane i odprowadzane do układu limfatycznego płuc
skażenia pokarmowe - są najczęstsze, szczególnie podczas wypasu po wybuchu szybko się wchłaniają
Dystrybucja radionuklidów w ustroju (narządy krytyczne)
Radionuklidy wprowadzane przez uszkodzoną skóre przechodzą do tkanki podskórnej, a następnie do płynów międzykomórkowych skąd dalej do:
przewodu pokarmowego (wydalane z kałem)
płuc (wydalane przez wydech)
nerek (wydalane z moczem)
wątroby (wydalane z żółcią
Radionuklidy wprowadzane przez drogo oddechowe:
do krwi a następnie do narządów i tkanek
do przewodu pokarmowego
Radionuklidy wprowadzone przez przewód pokarmowy
nierozpuszczalne są wydalane z kałem
rozpuszczalne dystrybuowane są do tkanek i narządów
Rozmieszczanie wchłoniętego radionuklidu w narządach i tkankach nie zależy od sposobu wniknięcia do organizmu. Rozmieszczone są po całym organiźmie, ale niektóre wykazują szczególne powinowactwo do niektórych tkanek i narządów (zwanych krytycznymi)
Do radionuklidów rozmieszczających się równomiernie należy Na-24, w układzie siateczkowo-śródbłonkowym lokuje się Po, w tarczycy J-131, w mięśniach K-42, w wątrobie Co-60.Forma rozmieszczenia może się zmieniać w odpowiednich okresach po skażeniu, więc w różnych okresach mogą być dla danego radionuklidu różne narządy krytyczne
Metabolizm radionuklidów
Radiojod
J-131 ma okres połowicznego rozpadu 8 dni.Jest go bardzo dużo w w produktach pracy reaktora atomowego.Przykład jodu-131 jest szczególnie pouczający.Zawartość jodu w tkankach organizmu ssaków , na przykład człowieka , jest znikoma-w granicach 0,25-0,6 ppm przeciętnie w całym organizmie. Zawartość jodu w tarczycy wynosi jednak około 200 ppm ,jego stężenie jest więc 1000 razy większe. Jod promieniotwórczy też gromadzi się w tarczycy. Dawka promieniowania może uszkodzić tarczycę wywołując raka.Powoduje skażenie główniw trawożernych, występuje w powietrzu w postaci wysokodyspersyjnych areozoli.Wchłanis się szybko i całkowicie.Powoduje skażenia mleka, jaj kurzych i mięśni karpi hodowlanych.Jego dekontaminacja odbywa się poprzez przerób mleka na mleko w proszku i mleko skondensowane.W czasie składowania pasz przez miesiąc traci 94% promieniotwórczości.
Radiocez
Ce-134 ma okres połowicznego rozpadu 30 lat. Jego wpływ na zjawiska biologiczne przypomina wpływ potasu, jest też podobnie szybko przyswajany przez organizm. U zwierząt,zwłaszcza u kręgowców, większe ilości cezu gromadzą się w mięsiach.Powoduje głównie skażenie gleby i roślin.U zwierząt przechodzi przez układ oddechowy i pokarmowy-odkłada się głownie w mięśniach, mózgu i jądrach. Usuwany jest przez inhalację płuc oraz podawanie pasz bogatych w potas i sód
Radiostront
Sr-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 znajdujesię szpik kostny.Tymczasem szpik jest niezbędny do życia, gdyż wytwarza ciągle nowe komórki krwi-żyją one krótkoi 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 podatny na uszkodzenie.Wchłaniany jest przez przewód pokarmowy, płuca i skórę.Skutkami działania są: gorączka, zmniejszenie masy ciała, owrzodzenia na pysku i skórze, anemia.Dekontaminacja odbywa się przez filtrację przez proszek kostny, mieszanie skażonego mleka z proszkiem kostnym a następnie odsączanie, dodawanie fosforanu wapnia i obróbka termiczna.W praktyce nie odzyskuje się mleka skażonego radiostrontem
Radiopotas
K-40 ma okres połowicznego rozpadu 1.28*109 lat. Emituje on promieniowanie beta i gamma.Odgrywa ważną rolę w tworzeniu radiogenicznego ciepła w skorupie ziemskiej.Ze stężeniem radiopotasu w glebie pozostaje jego zawartość w roślinności.Najwięcej odkłada się go w mleku, mięsie wołowym, szpiku czerwonym. W organiżmie spełnia bardzo ważne funkcje, a mianowicie wpływa na energetyczne procesy w strukturach komórkowych, zabezpiecza ich polaryzację elektronową, konformację drobin itp.
Radioruten
W organiźmie występuje jako naturalny składnik śladowy. Skażenie radiorutenem następuje pp procesach rozpadu uranu np. po wybuchach jądrowych. Jest silnie związany w glebie przez mineralne i organiczne kompleksy sorpcyjne, nie podlega na ogół dalszej migracji z gleb. Po podaniu per os występuje w nerkach i kościach ( wchłania się słabo z przewodu pokarmowego ). W większych ilościach wchłania się przez drogi oddechowe i dlatego górny odcinek dróg oddechowych uważany jest za narząd krytyczny, w którym mogą występować zmiany nowotworowe.
Radiotor
Występuje on w minerałach torycie i torianicie, a także w postacidomieszki izomorficznej w monicycie i cyrkonie, apatycie i.in. Emituje on promieniowanie alfa i gamma.Półokres biologiczny wynosi 57000 dni. Ma bardzo małą aktywność i bardzo ograniczone wchłanianie a przewodu pokarmowego i nie ma większego radiacyjnego znaczenia w skażeniach pokarmowych zwierząt.
Radiouran
Emituje promieniowanie alfa i gamma. Półokres biologiczny i efektywny uranu rozpuszczalnego wynosi 100 dni, a nierospuszczalnego 200 dni. Słabo wchłania się z przewodu pokarmowego. Ma większe działanie chemiczno toksyczne niż promieniotwórcze.
Usuwanie skażeń promieniotwórczych - dekontaminacja
Dekontaminacja gospodarstw
Dekontaminacji podlegają głównie przejścia, przejazdy, pomieszczenia dla zwierząt i inne pomieszczenia, w których mają pracować ludzie.Teren gospodarstwa poddaje się dekontaminacji przez zdjęcie wierzchniej warstwy gruntu lub śniegu. Można też glebę zaorać i zasypać warstwą gruntu nieskażonego.
Pomieszczenia dla zwierząt zmywa się silnym strumieniem wody.Przy dekontaminacji wnętrza usuwa się w pierwszej kolejności nawóz, a następnie zmywa się pomieszczenie wodą pod ciśnieniem.Studnie i pompy wodne poddaje się dekontaminacji przez zmywanie, a grunt wokół nich zdejmuje się i zakopuje.
Dekontaminacja paszy i wody
Paszę skażoną świeżymi produktami rozpadu na ogół pozostawia się na miejscu składowania aż do naturalnego spadku promieniotwórczości do dopuszczalnych norm. W przypadku powierzchownego skażenia ziarna przechowywanego luzem, stogów siana i słomy zdejmuje się wierzchnią warstwę lub w wyjątkowych sytuacjach można je przemyć wodą.
Dekontaminację wody przeprowadza się różnymi sposobami:pozostawienie wody do opadnięcia radionuklidów, stosowanie koagulantów, filtrowanie i destylację.Jako koagulanty można stosować odpowiednie glinki, kalcynowaną sodę, siarczan żelaza i inne w ilości 1-2%
Dekontaminacja skażeń zewnętrznych zwierząt
Dekontaminacja częściowa polekga na oczyszczaniu sierści zwierzęcia szczotkami, wiechciami ze słomy i siana.Uzupełnieniem tych zabiegów jest przetarcie wilgotną szmatką spojówek, warg i nozdrzy.Pył usunięty trzeba dokładnie zebrać i zakopać.
Dekontaminacja całkowita polega na dokładnym usunięciu promieniotwórczych substancji z całej powierzchni zwierząt. Najpraktyczniejszym sposobem jest mycie wodą z mydłem.Efekt jednak zależy od czasu przebywania zwierzęcia w kontakcie z radionuklidami i właściwości swoistych skóry.Stosuje się takżę proszki enzymatyczne i detergenty, które obniżają napięcie powierzchniowe wody ułatwiając połączenie cząsteczek brudu z radionuklidami, które przechodzą do roztworu z mydłem.Można też golić mniejsze zwierzęta i dopiero przemywać ich skórę.
Dekontaminacja skażeń wewnętrznych zwierząt
Po skażęniu wewnętrznym pojedynczym znanym radionuklidem, dobór odpowiedniego środka jest prosty.Gorzej sprawa wygląda jeżeli chodzi o skażenie wewnętrzne mieszanką radionuklidów.W tym przypadku należy usuwać w pierwszej kolejności najgroźniejsze składniki mieszaniny: radiojod, radiocez, radiostront. Jeśli chodzi o skażenie tymi radionuklidami to bardzo ważny problem stanowi fakt, że poprzez żywność pochodzenia zwierzęcego może dojść do skażenia człowieka. Podczas dekontaminacji rozcieńcza się radionuklidy nośnikami promieniotwórczymi, przyspiesza procesy wydalania, ogranicza możliwość resorpcji z przewodu pokarmowego.Podział stosowanych środków obejmuje: nośniki swoiste i nieswoiste, środki o działaniu farmakologiczno-biologicznym, środki kompleksotwórcze.
Ograniczenieradiojodu w tarczycy uzyskuje się przez podanie jodku potasu, nadchloranu potasu, fluoroboranu potasu, tiomocznika tyroksyny. Radionuklidy strontu usuwa się przez podawanie paszy bogatej w wapń lub z dodatkiem alginianu sodu.Wchłanianie radiostrontu z przewodu pokarmowego ogranicza cytrynian cyrkonu.Radionuklidy cezu usuwa się dzięki jonowymieniaczom nieorganicznym: żelazocyjanek żelazowy, żelazowo-amonowy.Również bentonit wiąże cez, który jest następnie w 99% wydalany z kałem.