Radon w naszym środowisku Dr Katarzyna Rozpędek

Transkrypt

1 Radon w naszym środowisku Dr Katarzyna Rozpędek

2 Promieniowanie Promieniowanie to zjawisko wysyłania przez substancje energii w postaci cząstek (alfa, beta), bądź fal elektromagnetycznych (gamma, X) Pojęcie promieniowania wiąże się z wysyłaniem i przekazywaniem energii. Jeśli ciało promieniuje, to znaczy, że wysyła (emituje) energię.

3 Dawka promieniowania Dawka promieniowania jest podstawową wielkością stosowaną w ochronie radiologicznej. Jest to ilość energii, jaką przyjmuje tkanka narażona na działanie promieniowania jonizującego. Istnieją różne sposoby mierzenia dawek promieniowania. W zależności od rodzaju uwzględnionych czynników, można wyróżnić: dawkę pochłoniętą, dawkę równoważną, dawkę ekspozycyjną, dawkę skuteczną.

4 Dawka pochłonięta Średnia energia dowolnego promieniowania jonizującego, jaką pochłania jednostka masy dowolnego ośrodka narażona na jego działanie. D=E/m Jednostką dawki pochłoniętej jest obecnie w układzie SI grej Gy (1Gy = 1J/kg), kiedyś jednostką tą był rad.

5 czas 100 lat 1 rok 1 dzień 1 godzina Jak działa promieniowanie? s 10 9 Nowotwór Efekty medyczne/ skutki późne 10 6 Powielanie uszkodzonych komórek mutacje/transformacje/abberacje 10 3 Śmierć komórki utrwalenie uszkodzeń 1 sekunda 10 0 Procesy naprawcze Odpowiedź biologiczna 1 milisekunda 10-3 Przerwanie DNA/główne uszkodzenia 1 milisekunda 10-6 Początkowe uszkodzenia DNA Oddziaływania fizykochemiczne 10-9 Radioliza/powstawanie wolnych rodników Początkowe ślady cząstek wzbudzenie/jonizacja Przekazanie energii Oddziaływania fizyczne

6 Jak działa promieniowanie? Działanie promieniowania polega na przekazaniu jego energii cząsteczkom składników komórki. Powoduje to wzbudzenie i jonizację a następnie radiolizę cząsteczki (najczęściej wody). Produktami radiolizy są bardzo reaktywne chemicznie wolne rodniki, które atakują trwałe cząsteczki komórki. Najbardziej wrażliwe na promieniowanie jest DNA.

7 Jak działa promieniowanie? Zmiany w DNA powstałe na skutek pośredniego i bezpośredniego działania promieniowania: Pęknięcia jednej lub obu nici DNA Zmiany lub ubytki zasad azotowych Wiązania krzyżowe typu DNA-DNA Zniekształcenia przestrzennej struktury DNA Mechanizmy naprawcze Mutacje punktowe Aberracje chromosomowe

8 Jak działa promieniowanie? Promieniowanie jonizujące jest szczególnie efektywne w tworzeniu aberracji chromosomowych typu: dicentryki, translokacje Obecność dwóch centromerów stanowi przeszkodę w podziale chromosomu i prowadzi do jego utraty w trakcie popromiennego podziału komórkowego Następuje śmierć mitotyczna komórki co prowadzi do deficytu komórek w tkankach narządów, których funkcjonowanie wymaga częstej odnowy komórkowej.

9 Jak działa promieniowanie? Najbardziej wrażliwe na promieniowanie są komórki macierzyste i często dzielące się: szpik kostny, grasica, śledziona, ściany przewodu pokarmowego, moczowego i oddechowego, skóra, gonady męskie. Z podobnych powodów rosnące narządy dzieci i młodzieży wykazują znacznie większą promieniowrażliwość. Najbardziej promieniowrażliwe są rozwijające się tkanki i narządy ludzkiego zarodka w okresie organogenezy od 2 do 8 tygodnia ciąży.

10 Jak działa promieniowanie? Komórka somatyczna z mutacją typu translokacji może wejść na tzw. tor mutacyjny w każdym kolejnym pokoleniu tej komórki mogą pojawić się dodatkowe mutacje. Z biegiem czasu nagromadzenie się wielu różnorodnych mutacji prowadzi do wyłamania się komórki spod kontroli genów i transformacji nowotworowej. Nowotwory popromienne pojawiają się z opóźnieniem czasowym - okresem utajenia, wynoszącym nawet kilkanaście lat. Najkrótszy okres utajenia występuje w przypadku białaczek (2 lata).

11 Naturalne źródła promieniowania jonizującego Naturalne izotopy promieniotwórcze pierwiastków znajdujących się w skorupie ziemskiej, głównie tor 232 Th, uran 238 U i uran 235 U o czasie połowicznego zaniku zbliżonym do wieku Ziemi. Izotopy te dają początek trzem szeregom promieniotwórczym, czyli ciągom spontanicznych przemian alfa i beta, w wyniku których, powstają jeden z drugiego kolejne naturalne radionuklidy (izotopy 12 pierwiastków). Szeregi te kończą się trwałymi izotopami ołowiu Pb.

12 Naturalne źródła promieniowania jonizującego Radionuklidy powstające wskutek działania promieniowania kosmicznego, np. tryt 3 H, węgiel 14 C. Około 70 niestabilnych izotopów pierwiastków obecnych w przyrodzie. Do długożyciowych radionuklidów należą potas 40 K i rubid 87 Rb. Substancje promieniotwórcze zawarte są również w naszym ciele i organizmach roślin i zwierząt. Człowiek wprowadza je do organizmu wraz z pokarmem (głównie potas 40 K).

13 Procentowy udział różnych źródeł promieniowania jonizującego Raport prezesa PAA dostępny na stronie

14 Podwyższone i wzmożone promieniowanie jonizujące Poziom naturalnego promieniowania jonizującego nie jest jednakowy na całej kuli ziemskiej. Na niektórych obszarach poziom ten jest wielokrotnie wyższy od przeciętnego. Takie miejsca nazywane są rejonami podwyższonego promieniowania naturalnego. Działalność człowieka może powodować gromadzenie się naturalnych substancji promieniotwórczych w pewnych miejscach. Takie miejsca nazywa się rejonami o wzmożonym naturalnym promieniowaniu jonizującym.

15 Radon naturalny izotop promieniotwórczy Odkryty przez Friedricha Dorna w 1900 r. Jedyny promieniotwórczy gaz Gaz szlachetny Bezbarwny, bez zapachu i smaku, niepalny 7,5 razy cięższy od powietrza (gęstość: 9,73 g/dm 3 ) Rozpuszcza się w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych Człon naturalnych rodzin promieniotwórczych Bezpośredni produkt rozpadu radu Liczba atomowa 86 Liczba masowa od 198 do 227 czyli 30 izotopów 3 izotopy występują naturalnie w przyrodzie

16 Naturalnie występujące izotopy radonu 222 Rn radon ( 238 U) T1/2 = 3,823 dnia 220 Rn toron ( 232 Th) T1/2 = 54,5 sekundy 219 Rn aktynon ( 235 U) T1/2 = 3,9 sekundy

17 Produkty rozpadu radonu Krótkożyciowe produkty rozpadu radonu są izotopami pierwiastków będących ciałami stałymi. Powstają one w postaci wolnych atomów, naładowanych elektrycznie (mają charakter jonowy). W atmosferze łączą się szybko (w czasie rzędu 1 s) z rodnikami tworząc tzw. frakcję wolną krótkożyciowych produktów rozpadu radonu. frakcja wolna osiadając na unoszących się w powietrzu pyłach, np. dymie tytoniowym, kurzu i innych aerozolach tworząc tzw. frakcję związaną.

18 Jak radon i produkty jego rozpadu działa na organizm człowieka? Sam radon jako gaz o czasie życia 3,8 dni jest wdychany, ale i w dużym stopniu wydychany zanim zdąży ulec rozkładowi i przekazać energię promieniowania tkankom układu oddechowego. Krótkożyciowe produkty rozpadu radonu wdychane do płuc są zatrzymywane w płucach, gdzie ulegając dalszym rozpadom promieniotwórczym napromieniowują tkanki. Z tego powodu są znacznie groźniejsze dla człowieka niż sam radon. Zwykle jednak mówi się w skrócie o szkodliwości radonu, mając na myśli radon i toron wraz z krótkożyciowymi produktami ich rozpadu.

19 Gdzie można znaleźd radon? w glebie lub skałach w powietrzu w materiałach budowlanych, wytworzonych z żużli i popiołów, w wodzie pitnej, (dyfuzja radonu do wody) w gazie ziemnym w tytoniu w źródłach geotermalnych w rzekach w nawozach fosforowych i odpadach przemysłu nawozowego

20 Zawartośd radonu w glebie <20 Bq/kg Bq/kg Bq/kg > 60 Bq/kg [max 124 Bq/kg] Typowe stężenia w powietrzu glebowym: od 7000 do Bq/m 3 teleinfo.pb.edu.pl/~gilg/przetwarzanie_obrazow/07-przyklady.ppt Źródło pierwotne: Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej

21 Stężenie radonu w powietrzu teleinfo.pb.edu.pl/~gilg/przetwarzanie_obrazow/07-przyklady.ppt Źródło pierwotne; Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej

22 Skąd się bierze radon w budynkach? Gleba Materiały budowlane Woda Powietrze Gaz ziemny

23 Od czego zależy poziom stężenia radonu w budynku? Rodzaj podłoża Rodzaj skały Uran [g/t] 226Ra [Bq/kg] Piaski 0, Gliny 1, Wapienie 2,2 27,8 Granity 3 59,2 Bazalty 1 11,4 fosforyty (max. 650) 490 Średnie zawartości uranu i radu w różnych rodzajach skał

24 Od czego zależy poziom stężenia radonu w budynku? Struktura geologiczna podłoża Uskoki tektoniczne, szczeliny, jaskinie, stanowią doskonałe drogi migracji radonu z głębszych struktur Parametry gleby przepuszczalność, uziarnienie

25 Od czego zależy poziom stężenia radonu w budynku? Konstrukcja budynku szczeliny w fundamentach, pęknięcia i szczeliny wylewki betonowej, luki i szpary konstrukcyjne budynku, pęknięcia w ścianach, (kontakt z glebą) nieszczelności wokół rur kanalizacyjnych

26 Skąd się bierze radon w budynku? Efekt kominowy Nieznaczna różnica ciśnień pomiędzy wnętrzem i zewnętrzem budynku, powstająca poprzez działanie w domu urządzeń wypompowujących powietrze na zewnątrz, np. kanalizacji czy zsypów na śmieci działa jak pompa ssąca, wyciągając radon z niższych pomieszczeń i gruntu. Podciśnienie wynikające z różnicy temperatur wewnątrz i na zewnątrz domu wysysa radon z materiału budowlanego ścian.

27 Poziom stężenia radonu w budynkach zależy od: Siły źródeł radonowych Stężenie uranu i radu w glebie lub warstwach geologicznych Łatwości transportu Przepuszczalność gleby, stopień szczelności domu Wielkość wentylacji budynku (naturalna lub wymuszona) Wietrzenie powoduje radykalny spadek stężenia radonu

28 Jak obniżyd stężenie radonu w budynku? Wybór terenu pod budowę domu Przed rozpoczęciem budowy mierzy się potencjał radonowy terenu, mierząc: stężenie naturalnych izotopów promieniotwórczych w glebie, stężenie radonu w powietrzu glebowym, stopień ekshalacji radonu z gruntu. Kontrola materiałów budowlanych Pod kątem zawartości naturalnych pierwiastków promieniotwórczych, głównie radu. Uszczelnienie fundamentów Uszczelnienie wszystkich pęknięć lub zastosowanie specjalnych elastycznych folii (przy budowie lub w istniejącym budynku) lub pod dywanem. Odpowiednia wentylacja Wietrzenie mieszkania. Zainstalowanie specjalnych systemów wentylacyjnych.

29 Jak obniżyd stężenie radonu w budynku? Poprzez zainstalowanie w ziemi pod fundamentami systemu rur i obniżeniu w nich ciśnienia przez zastosowanie wentylatora lub konwekcji uzyskuje się efekt wysysania radonu z gleby, co zapobiega przenikaniu radonu do budynku. tennesseeradontesting.com/maryville_radon.html

30 Jak mierzymy stężenie radonu? Pomiary stężeń radonu prowadzone są przez specjalistyczne laboratoria różnymi metodami. Przeprowadzenie pomiarów jest niekłopotliwe, tanie i łatwe. Mobilne spektrometrycznodozymetryczne laboratorium CHIMERA

31 Jak mierzymy stężenie radonu? Metody pasywne Detektor z węglem aktywnym to zakręcany, szczelny, metalowy pojemnik zawierający węgiel aktywny. W pomiarze wykorzystuje się zdolność adsorpcji radonu przez węgiel aktywny. Pomiar trwa 3 lub 4 doby. Po ekspozycji rejestruje się w laboratorium widmo promieniowania gamma produktów rozpadu radonu zaadsorbowanego przez węgiel w detektorze. Na podstawie analizy widma i krzywej kalibracyjnej wyznacza się średnie stężenie radonu.

32 Jak mierzymy stężenie radonu? Metody pasywne Klisze Kodaka LR115 (folia z trójazotanu celulozy) czułe na promieniowanie alfa. Cząstki alfa pozostawiają defekty strukturalne widoczne na kliszy po wytrawieniu chemicznym. Czas pomiaru to kilka miesięcy. Gęstość śladów przelicza się na stężenie radonu.

33 Jak mierzymy stężenie radonu? Detektory pasywne CR-39 Detektor składa się z plastikowej osłony komory dyfuzyjnej, wewnątrz której umieszczona jest specjalna folia CR-39. Cząstki alfa emitowane przez radon wnikający przez szczelinę do środka osłony, powodują powstanie mikroskopijnych uszkodzeń w folii. Czas pomiaru to 2-3 miesiące. Ślady po chemicznym wytrawieniu folii są widoczne pod mikroskopem.

34 Jak mierzymy stężenie radonu? Metody aktywne Mierniki elektroniczne do użytku domowego. Pozwalają w prosty sposób kontrolować poziom radonu wewnątrz budynku.

35 Jak mierzymy stężenie radonu? Metody aktywne Mierniki elektroniczne mierzą i rejestrują promieniowanie alfa radonu w sposób ciągły, za pomocą przenośnej komory jonizacyjnej z równoczesnym pomiarem różnych czynników klimatycznych. Mają szerokie zastosowania w rejestracji radonu w powietrzu, powietrzu glebowym, wodzie, mieszkaniach, kopalniach, itp.

36 Folia CR-39 Poliwęglan allilo diglikolowy (PADC) Cząsteczki alfa uderzając w powierzchnię folii pozostawiają zmiany w gniazdach wielojonizacyjnych (średnica śladu rzędu 20 nm). Powiększa się je trawieniem chemicznym około 1000-krotnie, do głębokich wżerów widocznych pod mikroskopem

37 Konstrukcja detektora radonowego dla pomiarów w powietrzu

38 Konstrukcja detektora radonowego - dla pomiarów w glebie

39 Konstrukcja detektora radonowego - dla pomiarów w wodzie

40 Pomiar w powietrzu

41 Pomiar w glebie

42 Pomiar na telewizorze Tastrak

43 Wytrawianie Warunki wytrawiania: Roztwór: 10N NaOH Temperatura trawienia: 70 C Czas trawienia: 7 h Czas płukania: 1 h zsel.edu.pl/pliki/kluby/chemia/radon2.doc

44 Obserwacja i odczyt Ślady pozostawione przez cząsteczki alfa na folii CR-39

45 Ślady cząstek widziane pod mikroskopem przykłady cząstek alfa 2 - sklejone cząstki 3 - inne ślady teleinfo.pb.edu.pl/~gilg/przetwarzanie_obrazow/07-przyklady.ppt

46 Obserwacja i odczyt Kryterium klasyfikacji obiektów jest ich wielkość. Jeżeli przyjąć współczynnik wielkości cząstek wynoszący 1 dla największych zarejestrowanych na obrazie cząstek, to cząstki α zawierają się w przedziale <0,4;1>. Mniejsze wartości odnoszą się do śladów innych cząstek, np. protonów i powinny być usuwane. Obiekty, których współczynnik wielkości jest znacznie większy od 1 powinny być klasyfikowane jako artefakty

47 Obliczenia

48 Obliczenia Wyliczamy: Średnią ilość śladów w polu widzenia Średnią ilość śladów na cm 2 powierzchni Po podzieleniu przez czas pomiaru (ilość dni lub godzin) oraz przez współczynnik kalibracji otrzymujemy wynik: stężenie radonu w Bq/m 3 Można też wykonać obliczenia statystyczne (błąd pomiaru, odchylenie itp.) Szczegóły obliczeń są zawarte w instrukcji, dostarczanej wraz z detektorami.

49 Obliczenia krzywa kalibracyjna

50 Obliczenia Współczynnik konwersji ekspozycja/dawka Ekspozycja na 1Bq/m 3 /h jest równoważna dawce efektywnej 3, msv ICRP Publication 65 (1993) Protection against Radon-222 at home and at work

51 Średnioroczne stężenia radonu w domach w Europie Anglia Holandia Rum unia Polska Niem cy Dania Litw a Grecja Belgia Francja Chorw acja Włochy Łotw a Szw ajcaria Portugalia Słow enia Norw egia Irlandia Hiszpania Austria Słow acja Szw ecja Luksem b Finlandia Czechy Serbia Bq/m 3

52 Stężenia radonu w mieszkaniach w Europie Państwo Wartość średnia Minimum Maksimum Austria 97 < Belgia Chorwacja Czechy Finlandia Francja Niemcy 50 <10 >10000 Irlandia Norwegia Słowacja Polska

53 Występowanie radonu na świecie Do obszarów o zwiększonej ilości uranu lub toru w glebie należą: Wybrzeże Malabarskie w Indiach, okolice miasta Guaraari w Brazylii, niektóre tereny w Tybecie, Nigerii, Iranie i na Madagaskarze. Stanley Watras inżynier nowo otwieranej elektrowni jądrowej Limeric we wschodniej Pensylwanii. Stężenie radonu w jego domu wynosiło Bq/m 3. Dopuszczalna norma przekroczona ponad 600- krotnie. W Polsce zwiększone tło naturalne występuje w Sudetach i na Przedgórzu Sudeckim. Promieniowanie skorupy ziemskiej jest tam średnio około 1,5 razy wyższe niż w centrum kraju.

54 Mapa rozmieszczenia Rn w Anglii healthenergy.co.uk/radon.aspx

55 Mapa rozmieszczenia uranu i toru w Polsce

56 Ogólnopolski projekt badawczy RADONET Legenda: 0 [Bq/m3] - brak pomiarów bydgoskie, toruńskie, włocławskie (225 pomiarów) częstochowskie, gorzowskie, pilskie, przemyskie, warszawskie,jeleniogórskie, wałbrzychskie (300) olsztyńskie, wrocławskie (169) krakowskie (24) Razem 718 pomiarów.

57 Czy bad się promieniowania? Aspekt ewolucyjny: w przyrodzie istnieje tylko to, co najlepiej przystosowało się do panujących zakresów natężeń różnych czynników fizyko-chemicznych, w tym promieniowania tła. Zasada tolerancji Shelforda: zarówno niedobór, jak i nadmiar danego czynnika mogą stanowić o ograniczeniu występowania organizmu w przyrodzie.

58 Mechanizmy obronne wypracowane w ciągu ewolucji zapewniają współczesnym organizmom zapas bezpieczeństwa wobec poziomów promieniowania występujących w środowisku naturalnym. Obecność radonu w atmosferze Ziemi wczesnego okresu geologicznego była czynnikiem destrukcyjnym, ale i mutagennym przyczyniając się w znacznym stopniu do ewolucji wczesnych form życia.

59 Uzdrowiska radonowe w Polsce Dom Zdrojowy w Świeradowie zwiedzaj-polske.pl/ladek-zdroj Uzdrowisko w Lądku-Zdroju. Zabytkowa pijalnia wód i zakład przyrodoleczniczy Wojciech

60 Uzdrowiska radonowe w Polsce Sztolnie Kowary. Inhalatorium Jeden z korytarzy

61 Co wiadomo? Promieniowanie nie wywołuje żadnego charakterystycznego nowotworu, a jedynie zwiększa częstotliwość ich wystąpienia w populacji. Jedynym wiarygodnym sposobem uzyskania informacji o zależności między dawką promieniowania a ryzykiem wystąpienia nowotworu u człowieka, są obserwacje oraz badania epidemiologiczne grup ludzi poddanych i nie poddanych działaniu promieniowania.

62 Badania wykazały, że rakotwórcze działanie pochodnych radonu jest silnie wzmacniane paleniem tytoniu - synergizm działania tytoniu i radonu. Stopień zagrożenia zależy od całkowitej ilości radonu i jego pochodnych wchłoniętych w ciągu wielu lat życia.

63 Projekty dydaktyczne Naukowo-dydaktyczny projekt badawczy Radon w naszym otoczeniu. Autorzy projektu: Laboratorium Ekspertyz Radiometrycznych IFJ PAN i wydawnictwo Zamkor Wzięło udział 195 szkół z całej Polski. Maj 2005 maj 2006 Ogólnopolski projekt badawczy RADONET wykorzystujący sieć Internet Autorzy projektu: dr J.Turło, K.Szumińska, A.Gosik, J.Rybicki, A.Karbowski zrealizowany dzięki pomocy finansowej programu PHARE/TESSA oraz CODN w Warszawie, Dziekana Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. kwiecień czerwiec 1997

64 Ciekawe linki Do projektów radonowych: O projekcie PROJEKT RADONOWY Gimnazjum Strzeleczki Strona główna Strona Zespołu Szkół Agrobiznesu im. W. Witosa w Bolkowie!!! - witamy XXXV Zjazd Fizyków Polskich, Białystok, września 1999 r. RADONET Jerzy Kosek

65 Ciekawe linki Do artykułów popularnonaukowych: BAĆ SIĘ RADONU? - ZBIGNIEW P. ZAGÓRSKI - Wiedza i Życie - 8/1997 DOBROCZYNNE PROMIENIOWANIE - ZBIGNIEW JAWOROWSKI - Wiedza i Życie - 3/1997 Hormeza zjawisko powszechne i dosc powszechnie niedoceniane

66 Piśmiennictwo Maria Lebecka, 1997: Radon wszechobecny czynnik radioaktywny w naszym środowisku. Wyd. Centrum Studiów nad człowiekiem i Środowiskiem, Uniwersytet Śląski, Tom 5: Krzysztof Kozak, Jadwiga Mazur, 2005: Radon naturalny izotop promieniotwórczy. Zielona planeta 4(61): Krzysztof Pachocki: Działanie promieniowania jonizującego na organizm ludzki. Wydawnictwo CIOP Zbigniew P. Zagórski, 1997: Bać się radonu? Wiedza i życie 8/1997 Zbigniew Jaworowski, 1997: Dobroczynne promieniowanie. Wiedza i życie 3/1997 Krzysztof Kozak i wsp. 2008: Raport Nr 2017/AP. Pomiary radonu w budynkach na terenie Kotliny Jeleniogórskiej w ramach projektu UE pt. Radon jak z nim żyć? Zbigniew P. Zagórski: Radon dobry i zły. Marcin Wojdyr: Radon - spis treści Mariusz Pietrzak, Piotr Bernatowicz, 1992: Radon... groźniejszy niż Czarnobyl? Iwona Giska: Promieniowanie jonizujące. Promieniowanie jonizujące Rafał Gościniak: Wpływ promieniowania jonizującego na organizm człowieka. [ Tytul dokumentu ] eports