Warto przeczytać

Promieniowanie jonizujące jest naturalną i nieodłączną częścią naszego życia, tak jak promieniowanie świetlne czy cieplne – to jedna z form przekazywania energii w przyrodzie. Na co dzień otacza nas wiele jego źródeł, zarówno naturalnych, jak i sztucznych. Przyjrzyjmy się poszczególnym źródłom promieniowania jonizującego, analizując ich wkład w całkowitą roczną dawkę, jaką otrzymuje każdy z nas. Pomoże nam w tym Rys. 1.

R1Ro4ZmymR9YA

Rys. 1. Ilustracja przedstawia wykres kołowy prezentujący średnią roczną dawkę promieniowania jonizującego dla mieszkańca Polski według Raportu Prezesa Państwowej Agencji Atomistyki. Trzydzieści sześć i trzy dziesiąte procent rocznej dawki promieniowania jonizującego, jaką średnio przyjmuje mieszkaniec Polski pochodzi z radonu i jest to jeden i dwieście jeden tysięcznych milisiwerta. Część promieniowania równa trzynaście i dziewięć dziesiątych procent, która w wartości bezwzględnej jest równa czterysta sześćdziesiąt dwie tysięczne milisiwerta na wykresie podpisano jako promieniowania gamma. Część promieniowania równa osiem i sześć dziesiątych procent, która w wartości bezwzględnej jest równa dwieście osiemdziesiąt cztery tysięczne milisiwerta na wykresie podpisano jako wewnętrzne. Część promieniowania równa jedenaście i osiem dziesiątych procent, która w wartości bezwzględnej jest równa trzysta dziewięćdziesiąt tysięcznych milisiwerta na wykresie podpisano jako promieniowanie kosmiczne. Część promieniowania równą trzy procent, która w wartości bezwzględnej jest równa sto jeden tysięcznych milisiwerta na wykresie podpisano jako toron. Pozostałe dwadzieścia sześć i cztery dziesiąte procent równe w wartości bezwzględnej osiemset siedemdziesiąt cztery tysięczne milisiwerta, na wykresie podpisano jako diagnostyka medyczna.

Na Rys. 1. widzimy diagram przedstawiający całkowitą dawkę efektywnądawka efektywnadawkę efektywną pochłanianą średnio przez mieszkańca Polski. Jak widać aż ¾ rocznej dawki otrzymujemy ze źródeł naturalnych (około 2,44 $\frac{mSv}{rok}$), a około ¼ ze źródeł sztucznych, w których całkowicie dominują zastosowania medyczne. Przyjrzyjmy się na początek źródłom naturalnym.

Radon

Największy wkład do sumy dawek z różnych źródeł, daje radon. Jest to promieniotwórczy gaz naturalnie obecny w powietrzu atmosferycznym. Wydzielany jest z ziemi lub z materiałów budowlanych i wdychany z powietrzem do naszych płuc, gdzie rozpada się emitując cząstkę alfa. Produkty jego rozpadu (kolejno: polon‑218, ołów‑214, bizmut‑214, polon‑214, ołów‑210) również są promieniotwórcze. Radon występuje naturalnie, jako produkt rozpadu radu, który z kolei powstaje z obecnego w przyrodzie w sporych ilościach uranu. Najczęściej występujący w przyrodzie izotop radonu to Rn‑222, który ma okres połowicznego rozpadu wynoszący 3,8 dnia. Gęstość radonu wynosi 9,73 $\frac{kg}{m^3}$ – jest on 8 razy gęstszy niż średnia gęstość gazów atmosferycznych. Z tego względu gaz ten gromadzi się w zagłębieniach, takich jak piwnice, gdzie jego stężenie jest najwyższe. 

Radon w czasie rozpadu emituje promieniowanie alfa (oraz w mniejszym stopniu beta) o małej przenikliwości, ale o dużej zdolności jonizującej (wysoka energia, duża masa cząstki). W związku z tym jest niebezpieczny gdy dostanie się do organizmu, natomiast gdy promieniuje na zewnątrz organizmu zatrzymywany jest przez naskórek. Radon stanowi 40–50% rocznej dawki promieniowania, jaką otrzymuje mieszkaniec Polski od źródeł naturalnych. Stężenie radonu w domach może bardzo różnić się w zależności od wielu czynników, co pokazuje Rys. 2. Jednym z czynników jest skład gleby, bo ta wpływa na koncentrację uranu.

R1eBwElhFYRV1

Rys. 2. Ilustracja przedstawia mapę Europy zawierającą informację na temat koncentracji radonu w europejskich domach, wyrażoną w bekerelach na metr sześcienny. Mapa pokazuje w kolorach, że największa koncentracja radonu występuje w północno‑zachodniej części Wielkiej Brytanii oraz w północnej części Niemiec (od około 20 do 100 bekereli na metr sześcienny). Na Półwyspie Iberyjskim, we Francji oraz w zachodniej części Europy obserwowane jest średnie stężenie radonu – od około 50 do 200 bekereli na metr sześcienny (miejscami do 500 bekereli na metr sześcienny). Najmniejsze stężenie radonu w europejskich domach obserwowane jest w Europie Środkowej i Wschodniej, w tym również w Polsce (praktycznie od zera do 20 bekereli na metr sześcienny).

Izotopy promieniotwórcze: wewnątrz Ziemi i naszych organizmów

Izotopy promieniotwórcze znajdują się dosłownie w każdym przedmiocie w naszym otoczeniu i w każdej próbce gleby czy skały, we wnętrzu Ziemi i w nas samych. Aby zrozumieć tę wszechobecność radioizotopów, należy cofnąć się w czasie do etapu formowania się naszej planety – a nawet jeszcze wcześniej, do momentu „śmierci” gwiazd sprzed wielu miliardów lat. We wnętrzu gwiazdy zachodzi synteza termojądrowa, w trakcie której lżejsze pierwiastki syntetyzowane są w coraz cięższe. Po wypaleniu pierwotnego paliwa (wodoru i helu), w późnej fazie ewolucji gwiazdy dochodzi do eksplozji zwanej supernową, w trakcie której syntetyzowane są najcięższe pierwiastki oraz ich izotopy – w tym tak masywne jądra, jak jądra uranu. Powstałe po eksplozjach gwiazd mgławice po upływie miliardów lat zapadają się grawitacyjnie, tworząc nowe gwiazdy i planety. Nic więc dziwnego, że na tych planetach znajdują się te izotopy! Wszystkie obecne wokół nas pierwiastki i ich izotopy (w tym promieniotwórcze) powstały na kilka miliardów lat przed uformowaniem się Ziemi. Ilość radioizotopów w skorupie Ziemi systematycznie spada ze względu na ich naturalny rozpad – znajdziemy je, wraz z produktami ich rozpadu, w glebie, skałach, minerałach. Znajdą się zatem również w materiałach budowlanych, które wydobywamy z ziemi, jak i w roślinach, czerpiących z gleby sole mineralne – a więc i w organizmach zjadających te rośliny, czyli w całym łańcuchu pokarmowym.

Samo promieniowanie gamma izotopów w ziemi pod naszymi stopami i z otaczających nas materiałów, powoduje średnio dawkę 0,46 $\frac{mSv}{rok}$. Wśród tych radioizotopów dominującą rolę pełni izotop potasu K‑40, który podobnie jak i inne izotopy stanowi część naszego pożywienia. Aktywność samego potasu K‑40 w ciele człowieka to 31 000 Bq (bekerelibekerelbekereli, czyli rozpadów na sekundę). Oprócz tego dwa najważniejsze radioizotopy to uran U‑238 i tor Th‑232, dające początek całym łańcuchom rozpadu, składającym się z kilkunastu kolejnych radioizotopów. Na Rysunku 3 możemy przyjrzeć się koncentracji uranu w glebie w różnych miejscach w Europie.

RDKXfmjGEF9nX

Rys. 3. Ilustracja przedstawia mapę Europy zawierającą informację na temat koncentracji uranu w glebie, wyrażoną w miligramach na kilogram. Największa koncentracja uranu obserwowana jest w zachodniej Portugalii oraz środkowej Francji. Ponadto podwyższony poziom koncentracji można odnotować w południowych Niemczech, na Słowacji, w Grecji i Austrii oraz Serbii, Macedonii, Bułgarii i w Czarnogórze. Najmniejszy poziom koncentracji uranu w glebie odnotowywany jest w północnej części Niemiec oraz w Polsce.

Odpowiednie przepisy regulują dopuszczalne zawartości radioizotopów w materiałach budowlanych – przy zbyt dużych koncentracjach uranu, toru i radu nie można budować z takich materiałów domów mieszkalnych, ale mogą posłużyć np. za tłuczeń pod autostradę, gdzie rocznie nie spędzamy dużo czasu. Analogicznie przepisy określają dopuszczalne stężenia radioizotopów w pożywieniu – na zlecenie Państwowej Agencji Atomistyki odpowiednie laboratoria regularnie prowadzą pomiary sprawdzające, czy normy te nie są przekraczane. Na Rys. 4. przedstawiono wyniki pomiarów dla przykładowych produktów badanych w latach 2018 i 2019 – przy dopuszczalnej zawartości Cs‑137 i Cs‑134 wynoszącej 600 $\frac{\mathrm{Bq}}{\mathrm{kg}}$ widoczne jest, że otrzymane wyniki są na poziomie 1% dopuszczalnych norm – nasza żywność jest bezpieczna pod względem radiologicznym.

R1TwOh7Qejpr4

Rys. 4a. Ilustracja przedstawia średnie stężenie pierwiastka promieniotwórczego cez sto trzydzieści siedem w wybranych produktach żywnościowych, wyrażone w bekerelach na kilogram. Dane pochodzą z roku 2018 i 2019. W roku 2018, w mleku notowano dawkę pięćdziesięciu dwóch setnych bekerela na decymetr sześcienny. W roku 2019, wartość ta spadła do czterdziestu jeden setnych bekerela na decymetr sześcienny. W 2018, w mięsie notowano dawkę jednego i dziewięciu setnych bekerela na kilogram. W roku 2019, wartość ta wzrosła do jednego i jedenastu setnych bekerela na kilogram. W 2018, w drobiu notowano dawkę czterdziestu siedmiu setnych bekerela na kilogram. W roku 2019 wartość ta wzrosła do pięćdziesięciu dwóch setnych bekerela na kilogram.

R4HpALFu2KKNN

Rys. 4b. Ilustracja przedstawia średnie stężenie pierwiastka promieniotwórczego cez sto trzydzieści siedem w wybranych produktach żywnościowych, wyrażone w bekerelach na kilogram. Dane dotyczą roku 2018 oraz 2019. W 2018, w jajach notowano dawkę pięćdziesięciu siedmiu setnych bekerela na kilogram. W roku 2019 wartość ta spadła do pięćdziesięciu sześciu setnych bekerela na kilogram. W 2018, w rybach notowano dawkę osiemdziesięciu pięciu setnych bekerela na kilogram. W roku 2019 wartość ta spadła do sześćdziesięciu siedmiu setnych bekerela na kilogram. W 2018, w warzywach notowano dawkę czterdziestu setnych bekerela na kilogram. W roku 2019 wartość ta wzrosła do czterdziestu ośmiu setnych bekerela na kilogram. W 2018, w owocach notowano dawkę siedemdziesięciu pięciu setnych bekerela na kilogram. W roku 2019 wartość ta spadła do trzydziestu jeden setnych bekerela na kilogram.

Promieniowanie kosmiczne

Zjawiska zachodzące daleko poza granicami naszej planety, takie jak synteza termojądrowa odbywająca się we wnętrzu Słońca czy zderzenia gwiazd neutronowych w odległych galaktykach nie są dla Ziemi obojętne – na skutek wspomnianych reakcji jądrowych i gwałtownych zjawisk astronomicznych Ziemia jest bombardowana promieniowaniem kosmicznym. Jest to promieniowanie składające się zarówno z wysokoenergetycznych cząstek (głównie protonów, ale też cząstek alfa i elektronów), jak i promieniowania elektromagnetycznego, w tym rentgenowskiego. Przed promieniowaniem kosmicznym chroni nas częściowo pole magnetyczne Ziemi i ziemska atmosfera. Wysokoenergetyczne promieniowanie wywołuje reakcje jądrowe w górnych warstwach atmosfery, oddziałując m.in. z atomami tlenu i azotu, wskutek czego powstaje promieniowanie wtórne w postaci mionów i mezonów. Te ostatnie docierają do powierzchni Ziemi, oddziałując z naszymi organizmami. Ilość promieniowania rejestrowana przy powierzchni zależy przede wszystkim od wysokości nad poziomem morza, ponieważ jest to równoznaczne z cieńszą warstwą atmosfery ponad danym terenem. Zależność między ukształtowaniem terenu, a natężeniem promieniowania kosmicznego widać wyraźnie na Rys. 5.

RvyjO1BZkodcm

Rys. 5. Ilustracja przedstawia mapę Europy zawierającą informacje na temat natężenia promieniowania jonizującego pochodzącego z przestrzeni kosmicznej. Największe natężenie promieniowania kosmicznego w Europie (w przedziale od około 701 do 1700 mikrosiwerta) obserwowane jest w północnych Włoszech, na Półwyspie Iberyjskim oraz w Turcji. Ponadto podwyższony poziom promieniowania (w przedziale od około 401 do 700 mikrosiwertów) obserwowany jest na terenie całego Półwyspu Apenińskiego we Włoszech oraz na zachodnim i wschodnim wybrzeżu Adriatyku. Znacznie mniejsze natężenie promieniowania kosmicznego (w przedziale około 301 do 350 mikrosiwertów) obserwowane w Europie Środkowej oraz Północnej.

Ziemia bombardowana jest bez ustanku promieniowaniem kosmicznym o różnych energiach. Co pewien czas obserwujemy cząstki o tak ekstremalnie wysokich energiach, że wytworzone przez nie promieniowanie wtórne przybiera postać tzw. wielkiego pęku atmosferycznego, jak na Rys. 6., którego rozpiętość może być porównywalna z rozmiarem Europy.

RP3V4H0O20Srs

Rys. 6. Ilustracja przedstawia symulacją komputerową wielkiego pęku atmosferycznego powstałego w wyniku uderzenia protonu o energii jednego teraelektronowolta w atmosferę na wysokości dwudziestu kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Na czarnym tle ekranu w lewym i dolnym rogu widoczny jest fragment mapy satelitarnej Polski. Widoczny fragment mapy przedstawia środkową i północną część naszego kraju. U góry ilustracji widoczna jest linia brzegowa Polski. Środkowa i dolna część ilustracji przedstawia szarą część lądową naszego kraju. W lewej i górnej części ekranu widoczny jest jasny punkt. Z punktu tego rozchodzą się jasne promienie w kierunku mapy Polski, ilustrujące tor cząstek które dotrą do powierzchni Ziemi. Promienie rozbiegają się na boki. Środkowa część wiązki promieni jest biała, natomiast część bardziej zewnętrzna jest koloru zielonego.

Źródła sztuczne

Promieniowanie jonizujące wytwarzane przez człowieka odpowiada za około ¼ średniej rocznej dawki efektywnejdawka efektywnadawki efektywnej dla mieszkańców Polski. Z punktu widzenia ochrony radiologicznej najważniejszym źródłem sztucznej promieniotwórczości jest medycyna: ze zdjęć rentgenowskich i innych technik obrazowania medycznego jak CT (tomografia komputerowa), PET i SPECT (techniki medycyny nuklearnej) otrzymujemy 98% dawki od źródeł sztucznych. Przykładowe dawki pochodzące z badań diagnostyki obrazowej przedstawia Tabela 1.

Tabela 1. Dawki efektywne pochłaniane na skutek przykładowych procedur medycznych.

Za pozostałe sztuczne napromienienie, stanowiące łącznie poniżej pół procenta całkowitej rocznej dawki w Polsce, odpowiadają radioizotopy wprowadzone do środowiska przez działalność człowieka – skażenie promieniotwórcze po ponad dwóch tysiącach prób jądrowych oraz awarii Czarnobylskiej i w Fukushimie.

Warto mieć na uwadze, że poziom promieniowania silnie zmienia się wraz z położeniem geograficznym i bywa, że nawet podczas „zdarzenia radiacyjnego”, uwolnień materiałów promieniotwórczych i skażenia dawka otrzymywana przez ratowników lub poszkodowaną ludność przekracza ustawowe normy, pozostaje jednak sto razy niższa niż tło dla mieszkańców innych miejsc, wskazanych w Tabeli 2.

Tabela 2. Roczne dawki efektywne dla mieszkańców wybranych miejsc.

Liczby te pozwalają krytycznie spojrzeć na doniesienia medialne na temat wypadków związanych z promieniowaniem jonizującym. W razie spotkania się z informacją o „zagrożeniu promieniowaniem” czy „śmiercionośnej chmurze” należy wejść na stronę Państwowej Agencji Atomistyki i zapoznać się z raportem na temat aktualnej sytuacji radiacyjnej w kraju oraz przyjrzeć się aktualizowanym na bieżąco wskazaniom ze stacji pomiarowych, jak na Rys. 7.

RKtzgfn8OthZu

Rys. 7. Ilustracja przedstawia schematyczną mapę Polski z podziałem na województwa, w których obserwowana jest największa dawka promieniowania jonizującego jaką przyjmują mieszkańcy, wyrażona w mikrosiwertach na godzinę. Obszary, w których notowana jest największa dawka promieniowania jonizującego, zaznaczono zielononiebieskimi punktami. Większość terenów Polski wykazuje znikomą dawkę promieniowania. Najwięcej obszarów o podwyższonej dawce promieniowania jonizującego w granicach do jednej dziesiątej mikrosiwerta na godzinę znajduje się we wschodniej części kraju wzdłuż granicy z Obwodem Kaliningradzkim, Litwą i Białorusią oraz w województwach południowych. Północna i północno‑zachodnia część Polski wykazuje znikome dawki promieniowania jonizującego.

Słowniczek