Promieniowanie i energia atomowa
Promieniowania nie da się uniknąć. W przyrodzie istnieje promieniowanie naturalne, którego źródłami są przede wszystkim izotopy ulegające samorzutnemu rozpadowi (np. polon, radon, frans, rad, aktyn). Jednak źródłem tego promieniowania jest także wiele materiałów obecnych m.in. w ścianach domów, pokarmie, wodzie czy powietrzu. Inne jego źródła to np. banan, mleko, 5‑letnie dziecko czy też osoba dorosła. Nie musisz się jednak martwić – zwykła dawka takiego promieniowania nie jest groźna dla ludzi.
w jaki sposób oznacza się niebezpieczne substancje;
co może byc przyczyną awarii i katastrof;
jakie są ogólne skutki lekceważenia zagrożeń.
charakteryzować zjawisko promieniotwórczości;
wymieniać rodzaje promieniotwórczości;
rozpoznawać zagrożenia wynikające z nadmiernego promieniowania;
opisywać typowe reakcje organizmów żywych na napromieniowanie.
1. Promieniotwórczość oraz rodzaje źródeł promieniowania
PromieniotwórczośćPromieniotwórczość jest zjawiskiem samoistnej przemiany jednych jąder atomowych w inne – jest to ich zdolność do rozpadu promieniotwórczego.
Kto pierwszy zaobserwował, że niektóre pierwiastki świecą w ciemności?
Francuski chemik i fizyk Antoine Henri Becquerel (czyt. antła ąri bekerel) jako pierwszy zaobserwował, że związki uranu świecą w ciemności i są w stanie zaczernić kliszę fotograficzną. To również on jako pierwszy założył, że uran wysyła nieznane wcześniej, niewidoczne promieniowanie. Później małżeństwo Maria Skłodowska‑Curie oraz Piotr Curie (czyt. kiri) ustalili, że polon i rad również wysyłają takie promieniowanie. Wszyscy troje w 1903 r. otrzymali Nagrodę Nobla za badania nad promieniotwórczością.
Wyróżnia się dwa rodzaje promieniotwórczości – naturalną i sztuczną.
Promieniotwórczość naturalna | Promieniotwórczość sztuczna |
Zjawisko promieniotwórczości, które normalnie i stale istnieje na Ziemi, jest niezależne od działalności człowieka. Promieniowanie naturalne pochodzi od pierwiastków radioaktywnych obecnych w przyrodzie i najbliższym otoczeniu człowieka – glebie, skałach, powietrzu i wodzie. Promieniotwórczość naturalna została odkryta przez A. H. Becquerela, co stanowiło niezwykle istotny krok w rozwoju fizyki. Dokładnego zbadania promieniowania naturalnego podjęli się Maria Skłodowska‑CurieMaria Skłodowska‑Curie i jej mąż P. Curie, którzy odkryli pierwiastki rad i polon oraz rozwinęli teorię promieniotwórczości. | Promieniotwórczość izotopów niewystępujących w naturalnym środowisku Ziemi. Tego rodzaju zjawisko może wytwarzać również aparatura skonstruowana przez człowieka (np. aparatura rentgenowska). W 1934 r. Irena Joliot‑Curie (córka państwa Curie) i jej mąż Fryderyk odkryli promieniotwórczość sztuczną, przeprowadzając doświadczenie polegające na bombardowaniu atomów glinu jądrami helu. W wyniku tego działania powstały atomy fosforu. |
Czym jest promieniowanie kosmiczne?
Promieniowanie kosmiczne jest jednym z rodzajów promieniotwórczości naturalnej i dzieli się na promieniowanie pierwotne oraz wtórne. Pierwotne promieniowanie kosmiczne pada na zewnętrzne warstwy atmosfery Ziemi z prędkością bliską prędkości światła. Zderzenia cząstek promieniowania pierwotnego z jądrami gazów atmosferycznych powodują powstawanie promieniowania kosmicznego wtórnego, które jest strumieniem wysokoenergetycznych elektronów, protonów, mionów i fotonów.
Od rodzajów promieniotwórczości należy odróżnić rodzaje promieniowania, które charakteryzuje poniższa animacja.
Biorąc pod uwagę podział promieniotwórczości, można wyróżnić odpowiednie źródła promieniowania. Jak już wspomniano, promieniowanie naturalne pochodzi od pierwiastków radioaktywnych obecnych w przyrodzie i najbliższym otoczeniu człowieka. Można je znaleźć w glebie, skałach, powietrzu i wodzie. Jego źródłem jest też człowiek (niezależnie od wieku), a także codziennie spożywane pokarmy (np. owoce i warzywa). Źródłem promieniowania sztucznego są najczęściej różnego rodzaju urządzenia, takie jak stosowane w medycynie aparaty rentgenowskie, akceleratory cząstek (stosowane w radioterapii) oraz reaktory jądrowe, wykorzystywane w elektrowniach atomowych (na poniższym zdjęciu).
2. Wojenne zastosowanie energii atomowej
Nieregularnym źródłem promieniowania w przeszłości były wybuchy bomb jądrowych, które stanowią przykład wojennego zastosowania energii jądrowej. Bomb atomowych użyto w walce dwukrotnie podczas II wojny światowej. Stany Zjednoczone zrzuciły je na dwa japońskie miasta: 6 sierpnia 1945 r. na Hiroszimę, a 9 sierpnia na Nagasaki. W wyniku tych ataków śmierć poniosło ponad 100 tysięcy osób, a od tego czasu bomby jądrowe były jedynie testowane przez mocarstwa atomowe na poligonach w różnych zakątkach świata. Warto zaznaczyć, że wybuch bomby atomowej, prócz silnej dawki promieniowania, uwalnia również inne czynniki rażenia, które można podzielić zbiorczo na natychmiastowe (pojawiające się w ciągu 1 min po wybuchu) oraz późne. Do pierwszej z wymienionych kategorii zalicza się: błysk, falę uderzeniową, promieniowanie cieplne (kulę ognia i impuls cieplny), impuls elektromagnetyczny oraz promieniowanie przenikliwe. Natomiast do drugiej kategorii – promieniowanie wzbudzone, opad radioaktywny oraz deszcz radioaktywny.
Obejrzyj oba filmy i odpowiedz, jakie czynniki rażenia można na nich dostrzec.
Nieregularne źródło promieniowania związane z bronią nuklearną stanowią również jej testy. Test broni jądrowej jest przeprowadzany w celu określenia jej skuteczności i wydajności. Taki eksperyment może dostarczyć informacji o działaniu tego rodzaju broni w różnych warunkach. Ponadto daje on również możliwość przeszkolenia personelu oraz sprawdzenia sprzętu.
Od pierwszego ataku z wykorzystaniem bomby atomowej w 1945 r. miało miejsce ok. 2000 próbnych wybuchów jądrowych, przeprowadzonych głównie przez dwa mocarstwa – Stany Zjednoczone i ZSRR, pozostające ze sobą w stanie tzw. zimnej wojny. Należy jednak zaznaczyć, że testy jądrowe stanowią istotny element procesu tworzenia tego rodzaju broni, stąd też były one przeprowadzane przez prawie wszystkie kraje nią dysponujące. Oprócz USA i Rosji (spadkobiercy ZSRR) zalicza się do nich również: Wielką Brytanię, Francję, Chiny, Indie, Pakistan, Koreę Północną oraz Izrael (Izrael dysponuje bronią jądrową, jednak nigdy oficjalnie nie przeprowadził jej testów).
Skąd wiadomo, jak broń atomowa oddziaływała na ludność?
Niektóre kraje łączyły próby broni jądrowej z testami jej oddziaływania na ludzi. W trakcie zimnej wojny Związek Radziecki przeprowadzał je m.in. na poligonach w miejscowości Tockoje, Semipałatyńsku i Nowej Ziemi. Do testów angażowano z reguły żołnierzy ze specjalnych, tajnych jednostek wojskowych i więźniów gułagów. Natomiast Stany Zjednoczone wykonywały próby polegające najczęściej na umieszczaniu żołnierzy w niewielkich odległościach od epicentrum, w płytkich okopach oraz organizowaniu ich przemarszu przez strefę 0 w kilkanaście minut po wybuchu. Francja i Wielka Brytania natomiast wykorzystywały do testów atomowych wyspy i atole znajdujące się w pobliżu ich poligonów na Pacyfiku. W wyniku eksperymentów doprowadzono nie tylko do nieodwracalnych zmian w środowisku, ale również narażono życie i zdrowie mieszkańców tych terytoriów.
Ze względu na zagrożenia wiążące się z testami atomowymi, 10 września 1996 r. Zgromadzenie Ogólne ONZ przyjęło traktat o całkowitym zakazie prób z bronią jądrową (CTBT). Jednak nie wszedł on w życie, gdyż jego tekst nie został ratyfikowany przez wszystkie państwa w nim wymienione.
3. Pokojowe zastosowanie energii atomowej – elektrownie jądrowe
Pokojowe zastosowanie energii atomowej polega przede wszystkim na jej wykorzystaniu w elektrowniach jądrowych. Wiele osób jest sceptycznie nastawionych do tego rodzaju źródła energii, gdyż obawia się katastrof związanych z awariami reaktorów. Należy jednak pamiętać, że nie każda awaria elektrowni musi oznaczać katastrofę. Historia zna tylko dwa bardzo poważne w skutkach wydarzenia tego rodzaju. Pierwsze miało miejsce 26 kwietnia 1986 r. w Czarnobylu (Ukraina), kiedy to w wyniku błędu operatorów doszło do przegrzania reaktora. Wskutek tego nastąpił wybuch wodoru, pożar oraz rozprzestrzenienie substancji promieniotwórczych. Wówczas skażeniu uległ obszar od 125 000 do 146 000 km² pogranicza Białorusi, Ukrainy i Rosji, a wyemitowana z uszkodzonego reaktora chmura radioaktywna rozprzestrzeniła się po całej Europie. W efekcie skażenia ewakuowano i przesiedlono ponad 350 000 osób.
Druga katastrofa wydarzyła się w 2011 r. w elektrowni jądrowej Fukushima (Japonia), a była ona spowodowana tsunami wywołanym trzęsieniem ziemi u wybrzeży wyspy Honsiu. Awarie elektrowni w Czarnobylu oraz w Fukushimie zostały sklasyfikowane na 7. (najwyższym) poziomie w skali INES, którą wykorzystuje się do zobrazowania zagrożenia i skutków dla ludności. Ponad 99% wszystkich zdarzeń w elektrowniach jądrowych klasyfikuje się na poziomie 0 („Odstępstwo”), 1 („Anomalia”) i 2 („Incydent”), a więc jako niewpływające na bezpieczeństwo ludności (por. ilustracja 9). Awarie elektrowni w Czarnobylu i Fukushimie to jedyne awarie, które w okresie ostatnich 50 lat zostały sklasyfikowane na poziomie 7.
Należy pamiętać, że wielkie katastrofy, takie jak w Czarnobylu i Fukushimie, zdarzają się na świecie bardzo rzadko. W związku z tym duża liczba krajów korzysta z elektrowni atomowych, aby zapewnić sobie stałe oraz relatywnie tanie i bezpieczne źródło energii elektrycznej. Na poniższej mapie zaznaczono państwa, na których terenie znajdują się elektrownie jądrowe (ilustracja 3.).
Funkcjonowanie elektrowni atomowych daje społeczeństwu wiele korzyści, do których zalicza się:
zagwarantowanie dostaw energii dla dużej liczby ludności,
brak emisji szkodliwych pyłów i gazów (co skutkuje ograniczeniem degradacji środowiska),
ograniczenie eksploatacji paliw kopalnych (np. węgla kamiennego i brunatnego),
zmniejszenie ilości odpadów oraz powierzchni ich składowania (co niestety powoduje problem ze składowaniem stosunkowo niewielkiej liczby radioaktywnych odpadów, które są źródłem promieniowania zagrażającego nie tylko ludziom, ale również środowisku).
Ze względu na wymienione wyżej korzyści w Polsce już od dawna dąży się do wybudowania takiej elektrowni. W roku 1982 w miejscu zlikwidowanej wsi Kartoszyno nad Jeziorem Żarnowieckim rozpoczęto budowę Elektrowni Jądrowej Żarnowiec. W zamyśle władz polskich, miała ona stanowić pierwszy krok w realizacji polskiego programu energetyki jądrowej, który obejmował jeszcze wybudowanie Elektrowni Jądrowej „Warta” w miejscowości Klempicz w województwie wielkopolskim. Zmieniające się warunki polityczne oraz długotrwałe protesty (które wzmogły się szczególnie po awarii w Czarnobylu) spowodowały wstrzymanie budowy. Koncepcja powrotu do energetyki jądrowej pojawiła się oficjalnie w 2005 r., kiedy to Rada Ministrów uchwaliła dokument „Polityka Energetyczna Polski do 2025 r.”. Od tamtej pory każde z kolejnych rozporządzeń projektujących polską politykę energetyczną zakłada prace nad budową takiej elektrowni.
Warto wspomnieć również o tym, że w styczniu 2007 r. powołano specjalną komisję sejmową ds. energetyki jądrowej. Ponadto Polska Grupa Energetyczna S.A. wytypowała w 2011 r. trzy potencjalne lokalizacje pierwszej elektrowni jądrowej. Są to miejscowości: Żarnowiec (powiat pucki), wieś Gąski (powiat koszaliński) oraz wieś Choczewo (powiat wejherowski).
4. Zagrożenia wynikające z nadmiernego napromieniowania
Choć promieniowania nie można uniknąć, to jednak jego zbyt duża dawka, przekraczająca 200 mSvSv pochłoniętych jednorazowo, ma szkodliwy wpływ na organizmy żywe (zarówno na ludzi, jak i na zwierzęta). Często może prowadzić do zmian w funkcjonowaniu komórek oraz w materiale genetycznym. Nie wszystkie przemiany w budowie i funkcjonowaniu materiału genetycznego ujawniają się od razu. Skutki przyjęcia zbyt dużej dawki promieniowania są widoczne czasami po dłuższym okresie, nawet po wielu latach. Wówczas mamy do czynienia z tzw. zmianami późnymi.
Biologiczne skutki związane z napromieniowaniem można podzielić na dwie grupy.
Somatyczne – występujące bezpośrednio po napromieniowaniu organizmu. Należą do nich: złe samopoczucie, mdłości, wyczerpanie, wymioty, biegunka i w ekstremalnym przypadku śmierć. W dłuższej perspektywie bezpośrednimi skutkami napromieniowania są: białaczka, nowotwory złośliwe kości i skóry, zaćma, zaburzenia przewodu pokarmowego, bezpłodność.
Genetyczne – związane z mutacjami materiału genetycznego (DNA). Skutki oddziaływania małych dawek promieniowania (pochłoniętych jednorazowo) ujawniają się w postaci zmutowanych organizmów dopiero w kolejnych pokoleniach. Z kolei duże dawki skutkują najczęściej prawie natychmiastową śmiercią.
Z efektami pochłonięcia konkretnych dawek promieniowania można się zapoznać dzięki poniższej aplikacji.
Dawka w [SV] | Efekty |
---|---|
0 | Przebywanie w otoczeniu, w którym promieniowanie jest niższe od naturalnego, również może być szkodliwe |
0,000001 | Roczna dawka otrzymywana w bliskim sąsiedztwie normalnie pracującej elektrowni jądrowej (włączając dawkę tła naturalnego) |
0,003 | Średnie naturalne tło promieniowania na świecie |
0,05 | Brak jakichkolwiek efektów |
0,1 | Brak wpływu na zdrowie, możliwa niewielka ilość mutacji chromosomowych |
0,25 | Możliwe nudności, okresowe zmiany w obrazie krwi, spadek liczby limfocytów. Niewielkie ryzyko występowania tzw. skutków późnych |
0,5 | Możliwe wymioty, biegunka, zmiany we krwi, czasowa niepłodność u mężczyzn oraz problemy fizyczne |
1 | Zmniejszenie odporności na infekcje, wymioty, biegunka, możliwa czasowa niepłodność u kobiet oraz zahamowanie wzrostu kości u dzieci. Umieralność sporadyczna (przy braku leczenia). Duże prawdopodobieństwo wystąpienia skutków późnych (stochastycznych) w przyszłości. |
2 | OChP (ostra choroba popromienna), mdłości, problemy fizyczne, ciężki przebieg zakażeń. Stosunkowo wysokie prawdopodobieństwo śmierci (około 25% w przeciągu dwóch miesięcy). |
3,5 | Dawka LD‑50, oznaczająca dawkę śmiertelną dla człowieka. Przeżywa 50% napromieniowanej populacji. Skutki to: konwulsje, wymioty, całkowita niepłodność u kobiet i mężczyzn. |
5 | Ciężkie zakażenia, żołądkowo‑jelitowa postać OChP, białaczka. Umieralność 80‑100% (nawet w przypadku podjętego leczenia). |
10 | Pierwsze objawy mózgowo‑naczyniowej postaci OChP, konwulsje, niewydolność oddechowa, śpiączka. Śmiertelność 100% w ciągu 2 tygodni. |
20 | Rozwinięta postać mózgowo‑naczyniowej OChP, śpiączka. Śmiertelność 100% w ciągu kilku dni. |
60 | Prawie natychmiastowa śmierć. |
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DE81xDdkS
Również napromieniowane pożywienie może być przyczyną wielu chorób, ponieważ żywność i woda wystawione na działanie radiacji, same stają się substancjami promieniotwórczymi. W wyniku napromieniowania nie ulegają zmianie smak, zapach ani wygląd pożywienia, przez co rozpoznanie skażonej żywności jest bardzo trudne. Używa się do tego specjalistycznych przyrządów, takich jak licznik Geigeralicznik Geigera. Również odkażanie skażonej wody oraz żywności jest w warunkach domowych praktycznie niemożliwe, dlatego istotną rolę odgrywa tu odpowiednie zabezpieczenie i przechowywanie, o czym więcej można przeczytać tutajtutaj.
Czym jest choroba popromienna?
Chorobowe zmiany zachodzące w organizmie człowieka wskutek oddziaływania promieniowania na całe (lub prawie całe) ciało są ogólnie nazywane chorobą popromienną. Tym mianem nie określa się miejscowych skutków oddziaływania promieniowania, takich jak oparzenia czy martwica tkanek.
Promieniotwórczość stanowi nie tylko zagrożenie dla organizmów żywych. Zjawisko to, wykorzystane we właściwy sposób, może dać również wiele dobrego. Znajdź w Internecie i innych źródłach informacje na temat korzystnych skutków zjawiska promieniotwórczości.
Podsumowanie
Promieniotwórczość dzielimy na naturalną i sztuczną.
Energia atomowa może być wykorzystana do celów pokojowych i wojennych.
Polska rozpoczęła prace nad wybudowaniem elektrowni atomowej w latach 80. XX w., jednak zaprzestano ich w roku 1990. Do pomysłu tego powrócono w 2005 r. – otwarcie pierwszej polskiej elektrowni atomowej planuje się na rok 2024.
Choć promieniowania nie można uniknąć, to tylko jego zbyt duża dawka, przekraczająca 200 mSv pochłoniętych jednorazowo, ma szkodliwy wpływ na organizmy żywe.
Ogólnie skutki związane z napromieniowaniem można podzielić na dwie grupy – somatyczne i genetyczne.
Na poniższej mapie zaznaczono elektrownie atomowe znajdujące się w pobliżu Polski, wraz z ich odległością od granicy oraz mocą. Na podstawie informacji zdobytych w czasie lekcji oraz znalezionych w innych źródłach spróbuj przewidzieć skutki dla Polski awarii (6 lub 7 w skali INES) w jednej z pobliskich elektrowni.
Odszukaj w Internecie więcej informacji nt. polskiego programu budowy elektrowni atomowej i opisz podejmowane w związku z tym działania.
Słowniczek
Maria Salomea Skłodowska‑Curie
Maria Skłodowska‑Curie urodziła się w Warszawie, w 1891 r. wyjechała do Paryża, aby podjąć studia na Sorbonie. Wraz z mężem Pierre'em Curie opracowali teorię promieniotwórczości, techniki rozdzielania izotopów promieniotwórczych. Odkryła dwa nowe pierwiastki – rad i polon. Została dwukrotnie wyróżniona Nagrodą Nobla: w 1903 r. – w dziedzinie fizyki oraz w 1911 r. – w dziedzinie chemii.
urządzenie opracowane w 1928 r. służące do detekcji (wykrywania) promieniowania jądrowego
zjawisko samoistnej przemiany jednych jąder atomowych w jądra innego rodzaju, połączona z emisją cząstek alfa, beta oraz gamma
jednostka pomiaru dawki równoważnej umożliwiająca ocenę skutku biologicznego narażenia radiacyjnego organizmu żywego
Zadania
Połącz nazwy rodzajów promieniowania z ich opisami.
Do ochrony przed nim należy zastosować grube warstwy ołowiu lub betonu., Została odkryta przez Irenę Joliot-Curie i jej męża w 1934 roku., Jest strumieniem cząstek o dużej prędkości – od kilkudziesięciu tysięcy km/s do niewiele mniejszej niż prędkość światła., Jest bardzo silnie pochłaniane przez materię – nawet kilka centymetrów powietrza może stanowić przed nim ochronę., Pochodzi od pierwiastków radioaktywnych obecnych w przyrodzie i najbliższym otoczeniu człowieka.
promieniotwórczość naturalna | |
promieniotwórczość sztuczna | |
promieniowanie alfa | |
promieniowanie beta | |
promieniowanie gamma |
Przyporządkuj źródła promieniowania do odpowiednich kategorii.
skały, bomba atomowa, aparat rentgenowski, woda, powietrze, akcelerator cząstek, kineskop telewizyjny, człowiek, gleba
promieniowanie naturalne | |
---|---|
promieniowanie sztuczne |
Przyporządkuj czynniki rażenia broni jądrowej do odpowiednich kategorii.
promieniowanie przenikliwe, kula ognia, promieniowanie wzbudzone, opad radioaktywny, deszcz radioaktywny, impuls elektromagnetyczny, impuls cieplny, błysk, fala uderzeniowa
czynniki natychmiastowe | |
---|---|
czynniki późne |
Wskaż, które zdania są prawdziwe, a które – fałszywe.
Prawda | Fałsz | |
Katastrofa elektrowni jądrowej w Czarnobylu miała miejsce 26 czerwca 1987 roku. | □ | □ |
Bomba atomowa została użyta w walce dwukrotnie podczas II wojny światowej - Stany Zjednoczone zrzuciły takie bomby na dwa japońskie miasta: 6 sierpnia 1945 roku na Hiroszimę, a 9 sierpnia na Nagasaki. | □ | □ |
Skala INES obejmuje 6 punktów. | □ | □ |
Do krajów, które posiadają broń jądrową, zalicza się m.in. USA, Rosję, Chiny, Pakistan, Koreę Północną oraz Izrael. | □ | □ |
Katastrofa elektrowni jądrowej Fukushima była spowodowana tsunami wywołanym trzęsieniem ziemi u wybrzeży wyspy Honsiu. | □ | □ |
Budowę Elektrowni Jądrowej Żarnowiec rozpoczęto w 1982 roku. | □ | □ |
Rzeczpospolita Polska oficjalnie powróciła do planów budowy elektrowni jądrowej na swoim terytorium w 2005 roku. | □ | □ |
Rozwiąż krzyżówkę.
- Urządzenie opracowane w 1928 roku służące do detekcji promieniowania jądrowego. Licznik...
- Skutki napromieniowania związane z mutacjami w obrębie materiału genetycznego (DNA).
- Skutki występujące bezpośrednio po napromieniowaniu (np. mdłości, wyczerpanie, biegunka).
- Imię wybitnej polskiej laureatki Nagrody Nobla, która wraz z mężem odkryła dwa pierwiastki – polon i rad.
1 | |||||||||||||||
2 | |||||||||||||||
3 | |||||||||||||||
4 |