Dawki promieniowania jonizującego w środowisku

dr J. Olszewski | 2011-03-17

Promieniowanie to nic innego jak proces przenoszenia energii przez fale lub cząsteczki, które zostają wysyłane przez dane ciało. Samo pojęcie promieniowania pierwotnie wywodzi się z wysyłania promieni słonecznych przez Słońce.

Promieniowanie jonizujące natomiast jest to taki rodzaj promieniowania, który wywołuje jonizację ośrodka materialnego, tj. oderwanie przynajmniej jednego elektronu od atomu lub cząsteczki albo wybicie go ze struktury krystalicznej.

Promieniowanie jonizujące pojawiło się z chwilą wybuchów gwiazd supernowych, z których 4,6 mld lat temu powstało Słońce i nasz układ planetarny. Powstały wtedy olbrzymie ilości pierwiastków promieniotwórczych. Z upływem czasu większość pierwiastków promieniotwórczych rozpadła się, zmieniając się w pierwiastki trwałe, które stanowią obecnie główny składnik układu planetarnego Słońca. Rozpad promieniotwórczy jest to przekształcenie się jednego pierwiastka w drugi połączone z wypromieniowaniem energii pod postacią cząstek czy fotonów. Z rozpadem promieniotwórczym związane jest pojęcie czasu połowicznego zaniku. Czas połowiczego zaniku, który może wynosić od ułamków sekund do miliardów lat oznacza, że po jego upływie z danego pierwiastka zostanie połowa. W skorupie ziemskiej pozostały do tej pory pewne ilości nuklidów promieniotwórczych, które podlegają cały czas rozpadowi tworząc tzw. szeregi promieniotwórcze. Istnienie tych pierwiastków oraz produktów ich rozpadu powoduje powszechne występowanie na­turalnego promieniowania jonizującego, działającego na wszystkie istoty żywe dając główny wkład w narażenie po­pulacji ludzkiej.

Narażenie to pochodzi zarówno ze źródeł zewnętrznych, takich jak pierwiastki promieniotwórcze występujące w ziemi i skałach, jak również od źródeł znajdujących się wewnątrz ciała człowieka pochodzących z wdychania, wchłaniania lub spożywania naturalnie istniejących w powietrzu lub pożywieniu substancji promieniotwórczych.

Drugą składową narażenia na promieniowanie jonizujące populacji jest promieniowanie kosmiczne czyli strumień jąder atomowych, kwantów gamma i neutronów docierających do Ziemi z przestrzeni kosmicznej. Promieniowanie kosmiczne ma mieszane pochodzenie, jego głównymi źródłami są: centrum Galaktyki, otoczki gwiazd supernowych (np. mgławice planetarne), obiekty pozagalaktyczne i Słońce.

Cechą charakterystyczną obu składowych narażenia jest to, że oddziałują ono na całą populację ludzką w długim okresie czasu ze względnie stałym natężeniem, powodując, że każdy człowiek na Ziemi otrzymuje w każdej chwili swojego życia określoną dawkę od promieniowania jonizującego.

Wyjaśnijmy teraz pojęcie dawki od promieniowania jonizującego.

Promieniowanie jonizujące przechodząc przez dowolny ośrodek traci swoja energię. Miarą pochłaniania promieniowania jest tzw. dawka pochłonięta. Dawka pochłoniętą jest to ilością energii jaka została przekazana danej masie materii. Jednostką dawki pochłoniętej w układzie SI jest grej (Gy).

Materia otrzyma dawkę jednego greja jeżeli w jednym kilogramie jej masy został pochłonięty jeden dżul energii.

Definicja ta jest definicją podstawową nie uwzględniająca ani rodzaju promieniowania, ani typu materii jaki je pochłania. Nie wdając się w szczegóły możemy powiedzieć, że w przypadku narażenia ludzi na promieniowanie jonizujące stosujemy efektywny równoważnik dawki, którego jednostką jest Sv. Jest to również ilość pochłoniętej energii, ale uwzględniająca rodzaj promieniowania jak i wrażliwość poszczególnych narządów człowieka na promieniowanie.

Promieniowanie jonizujące jest szkodliwe dla organizmu człowieka. Z oddziaływaniem promieniowania jonizującego związane jest pojęcie skutku zdrowotnego rozumianego jako „skrócenie długości życia i pogorszenie jego jakości w wyniku działania promieniowania jonizującego jak również straty związane ze skutkami somatycznymi, rakotwórczymi i poważnymi zmianami genetycznymi”.

Skutek zdrowotny zależy oczywiście od wielkości pochłoniętej dawki. Wprowadzone zostało tzw. pojęcie dawki śmiertelnej (letalnej) D30/50 czyli dawki, która spowoduje zgon 50% osobników danej populacji w ciągu 30 dni od napromieniowania (ekspozycji). I tak dla człowieka jest to 3 – 4 Sv, dla osła 7 – 8 Sv, dla muchy 800 Sv, a dla pantofelka (pierwotniak) 3000 Sv.

Należy zaznaczyć, iż otrzymanie takiej dawki przez człowieka może nastąpić tylko w wyniku nieszczęśliwego wypadku lub katastrofy jądrowej (wybuch bomby atomowej, czy awaria elektrowni jądrowej).

Środowisko naturalne rozumiane jest jako to wszystko co nas otacza i umożliwia życie na Ziemi. Człowiek jest wymagającym mieszkańcem Ziemi ze względu na to, iż niezbędne do jego prawidłowego funkcjonowania warunki są ściśle określone. Większość elementów środowiska jest postrzegana przez zmysły człowieka. Niestety ten specyficzny sposób „detekcji” nie pozwala wykryć promieniowania jonizującego.

Występujące powszechnie w przyrodzie promieniowanie jonizujące powoduje, że nie zdając sobie z tego sprawy, jesteśmy stale narażeni na jego działanie otrzymując systematycznie pewne dawki promieniowania.

Jak więc wygląda narażenie przeciętnego człowieka od naturalnego promieniowania jonizującego.

Jak już wspomniano głównym źródłem dawki są radionuklidy pierwotne takie jak uran 238U i 235U, tor 232Th oraz potas 40K i pro­mieniowanie kosmiczne. Największy wkład w ekspozycję ludności ma radon 222Rn (powstający w szeregu uranowym 238U ) i krótkożyciowe produkty jego rozpadu polon 218Po, ołów 214Pb, bizmut 214Bi i polon 214Po. Ekspozycja następuje wskutek wdychania radonu, którego stężenie w powietrzu na otwartej przestrzeni nad powierzchnią Ziemi waha się w granicach 0,1 – 15 Bq/m3 (średnio 10 Bq/m3).

Radon z gruntu i z materiałów budowlanych wnika do wnętrza budynków, co powoduje, że jego stężenie w zamkniętych pomieszczeniach jest o wiele większe. Przeprowadzane na wielką skalę w różnych krajach pomiary średniego dobowego stężenia radonu w domach pokazały, że w Europie średnie stężenie jest zawarte w przedziale 15–60Bq/m3, a w Skandynawii przekracza nawet 100 Bq/m3. W Stanach Zjednoczonych średnie stężenie wynosi 46 Bq/m3, choć dość często przekracza ono wartość 300 Bq/m3. Duże stężenia radonu mogą być przyczyną zwiększonej śmiertelności powodowanej nowotworami płuc. Szacuje się, że mieszkanie przez całe życie w domu o stężeniu radonu 150 Bq/m3 pociąga za sobą dodatkowe 1-3% ryzyko zachorowania na raka płuc. W strefie umiarkowanej, w której żyje około dwóch trzecich mieszkańców kuli ziemskiej średnia roczna dawka efektywna od radonu i jego krótkotrwałych produktów rozpadu oce­niana jest na 1,2 mSv. Na poniższym rysunku przedstawiono procentowy udział poszczególnych składowych w dawce całkowitej od promieniowania naturalnego; wartość średnia dla świata wynosi ok. 2,4 mSv na rok. Roczny efektywny równoważnik dawki otrzymywany od promieniowania kosmicznego (suma wszystkich rodzajów cząstek) dla przeciętnego mieszkańca Ziemi wynosi 0,37 mSv.


 

Istnieją również na świecie obszary o znacznie podwyższonej zawartości naturalnych pierwiastków promieniotwór­czych Na terenach tych żyje około 5% ludności świata.

Dla przykładu w Indiach w pasie brzegowym Morza Arabskiego prowincji Kerala i Tamil Naru (o szerokości 500 m i dłu­gości 250 km), znajdują się złoża monacytu, zawierającego domieszki toru sięgające 10%. Powoduje to, że około 70 000 mieszkańców tego pasa otrzymuje dawki promieniowania kilkadzie­siąt razy większe niż na obszarach o normalnej aktywności.

W Brazylii, na wybrzeżu stanów Espirito Santo i Rio de Janeiro, na czarnych plażach piasku monacytowego, lo­kalnie moc dawki promieniowania dochodzi do 4000 nGy/h podczas gdy średnia moc dawki dla Polski wynosi 80 nGy/h.

W miasteczku Guarapari 12000 stałych mieszkańców i 30000 gości wakacyjnych otrzymuje dawki o mocy od 50 do 100 razy większej niż średnia światowa.

W stanie Minas Gerais na Górze Żelaza (Morro do Ferro), koło Pocos de Caldas, złoża apatytów o dużej zawartości uranu i toru powodują, że moc dawki jest prawie 1000 razy większa od normalnej.

W mieście Ramsar, w Iranie, na obszarze kilku km2 dawki pochłonięte w powietrzu są do 1000 razy większe od normalnych z powodu bijących tam źródeł wody bogatej w 226Ra.

Polska nie należy do krajów o podwyższonym narażeniu na promieniowanie jonizujące.

Co roku Państwowa Agencja Atomistyki wydaje biuletyn, w którym zawarta jest ocena sytuacji radiacyjnej kraju. W biuletynie tym przedstawiane jest również środowisko pod kątem występowania promieniowania jonizującego. Narażenie statystycznego mieszkańca kraju na promieniowanie jonizujące wyrażone jako dawka skuteczna (efektywna) jest sumą dawek pochodzących od naturalnych źródeł promieniowania oraz od źródeł sztucznych, tj. wytworzonych przez człowieka.

W Polsce nara­żenie od źródeł naturalnych stanowi 74% całko­witego narażenia radiacyjnego, a wyrażone jako tzw. dawka skuteczna - wynosi ok. 2,5 mSv/rok. Podobnie jak w innych krajach największy udział w tym narażeniu ma radon i produkty jego rozpadu, od których statystycz­ny mieszkaniec Polski otrzymuje dawkę wyno­szącą ok. 1,36 mSv/rok. Narażenie statystycznego mieszkańca Polski od źródeł naturalnych jest około 1,5 – 2 razy niższe niż mieszkańca Finlandii, Szwecji, Rumunii, czy Włoch.

Ostatnio bardzo modne stało się hasło wiążące zmiany klimatyczne (globalne ocieplenie) z działalnością człowieka. Naturalne promieniowanie jonizujące jak wiemy pochodzi z kosmosu i od pierwiastków zawartych w skorupie ziemskiej. Na promieniowanie kosmiczne nie mamy żadnego wpływu, a zawartość naturalnych radionuklidów w skorupie ziemskiej, istniejących od mi­liardów lat jest w zasadzie stała w okresie życia wielu pokoleń. Jedynym efektem związanym z działalnością człowieka jest powstanie tzw. zjawiska wzmożonego technologicznie promieniowania jonizującego TENR (Technologicaly Enhanced Natural Radiation). Zalicza się do niego, między innymi, działalność górnicza.

Powszechne jest przekonanie, że globalne zmiany klimatyczne mogą ewentualnie wywołać jedynie wojny jądrowe. W tym jednak przypadku trudno mówić o naturalnym promieniowaniu jonizującym.

 

Opracowano na podstawie:
1. Człowiek, promieniowanie, środowisko pod redakcją A. Hrynkiewicza
2. Promieniowanie jonizujące w środowisku człowieka. Piotr Jaracz. Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego. 2001
3. Ochrona radiologiczna w pracowni rentgenowskiej. R. Gorczyca i inni. EX-POLON. 1997
4. strony www
5. Biuletyny Państwowej Agencji Atomistyki