Poluarea Radioactiva si Radioactivitatea

Poluarea Radioactiva

Criza mondiala de energie determina trecera la surse alternative de energie, in special la utilizrea tot mai larga a energiei atomice, in primul rind la centralele atomoelectirce. https://chernobyl.araxinfo.com/ecol3.htm
Concomitent se acumuleaza tot mai multe substante radioactive utilizate la fabricarea armelor nucleare. Nu in ultimul rind creste utilizarea diferitor izotopi radioactivi in scopuri medicinale.

In conditii naturale se cunosc circa 50 radioizotopi printre care, 235U, 238U, 226Ra, 232 Th, 40 K, etc.. si care produc radiatii de fond, la care vietuitoarele sau adaptat pentru ca viata a evoluat in atare conditii. Perioada de ijumatatire a 40 K este de circa 1, 4 miliarde de ani, deci dateaza de la formarea Terrei.

Radioactivitatea este consecinta dezageragarii spontate a atomilor, cea ce duce la reducerea trepata a masei elementului. Timpul necesar pentru reducerea masei la jumatate se numeste perioada de injumatatire, si este diferita pentru fiecare element radioactiv, variind de la citeva secunde la miliarde de ani. Perioada de injumatatire este foarte importanta deoarece influneteaza efectele fiziologice ale radionuclizilor.

Substantele cu perioada foarte scurta de injumatatire (ore), nu au efecte importante, deoarece dispar repede. Si cele cu perioada lunga nu sunt periculoase deoarece in unitate de timp au o radiatie foarte slaba.

Cei mai periculosi sunt cei cu perioade mijlocii (zile, luni, ani) deoarece au o radiatie puternica si suficient timp ca sa cumuleze in organizm. Foarte periculosi sunt radionuclizii cu proprietati chimice asemanatoare unor elemente biogene, deoarece ei le pot substitui.

Printe acestea ar fi:

Strontiul 90 (90 Sr) cu o perioada de injumatatire de 27,7 ani, care se acumuleaza in organism in tesuturile osoase. Izotopul avind perioada mare de semidezintegrare patrunde in organism fie nemijlocit, fie prin hrana vegetala sau animala, lapte sau carnea animalelor care au consumat plante impurificate. In organism el poate substitui Ca din oase. Deoarece se acumuleaza in oase, el se poate transmite de la un animal la altul sau om prin consumul oaselor respetive.

La fel usor se transmite ceziul 137, (137 Cs) parcurgind urmatorul ciclu: licheni nutritivi - animale - om, avind o perioada de injumatatire de 32 ani, el se acumuleaza in tesutul muscular substituind K.

Iodul 131 (131 I) patrunde in organzim cu laptele si se acumuleaza in glanda tiroida, in care se pot depista concentratii mari de preparat.

Efectele biologice ale radiatiior sunt complexe si difetie la organismele din diferite grupe.

In linii mari organismele din grupele inferioare, primitive sunt cele mai rezistente, de exemplu doza letala de radiatie la bacterii este de circa un milion de rad, la antropode de citeva zeci de mii, iar la vertebrate de citeva sute de rad. Doza letala la musca drozofila este de 85 000 rad, la musca domestica 10 000, la scorpioni de 150 000 rad, iar la om de circa 500. Doza de 100 rad duce la efecte cancerigene semnificative, si la sterilitate.

La acelasi individ cele mai sensibile sunt tesuturile in curs de divizare, fazele embrionare

Radioactivitatea

  Concepte si marimi

  Materia se compune din elemente, iar elementele se compun din atomi. Atomii contin un nucleu si un numar oarecare de electroni care au sarcina electrica negativa. Nucleul contine protoni, cu sarcina electrica pozitiva, si neutroni, fara sarcina electrica. Numarul protonilor este egal cu numarul electronilor si este numit numar atomic (de exemplu oxigenul are numarul atomic 8). Masa atomului este practic concentrata in nucleu, numarul de protoni plus neutroni din acesta se numeste numar de masa. In aceste conditii, speciile de atomi sunt diferentiate dupa numarul atomic si numarul de masa, sau mai simplu, dupa numele elementului si numarul de masa. Astfel caracterizati, atomii se numesc nuclizi. De exemplu, Carbonul-12 este un nuclid cu 6 protoni si 6 neutroni, Plurnbul-208 este un nuclid cu 82 protoni si 126 neutroni.

Nuclizii unui element care au numere diferite de neutroni se numesc izotopi (deci izotopul nu este un sinonim al nuclidului). Hidrogenul, de exemplu, are 3 izotopi: hidrogen-1, hidrogen-2 numit si deuteriu si hidrogen-3, numit si tritiu. Nuclizii pot fi stabili sau instabili. Din cei circa 1700 nuclizi cunoscuti, aproximativ 280 sunt stabili, restul se transforma in mod spontan in nuclizii altui element iar in timpul transformarii emit radiatie. Aceasta proprietate se numeste radioactivitate, transformarea se numeste dezintegrare, iar nuclidul spunem ca este un radionuclid. De exemplu, Carbonul-14 este un radionuclid care se dezintegreaza in Azot-14, care este stabil, iar Bariul-140 se dezintegreaza in radionuclidul Lantan-140 iar acesta, la randul sau, in nuclidul stabil Ceriu-140.

Radiatiile emise de radionuclizi sunt: particule a , particule b si fotoni g . Un alt tip de radiatie este si radiatia X, care se produce in urma bombardari cu electroni a unei tinte metalice aflate in vid. Radiatule X au proprietati similare cu radiatiile Y.

Tot in categoria radiatiilor mai pot fi inscrise radiatiile cu neutroni. Neutronii sunt eliberati de nuclizi, de obicei, in urma bombardarii cu particule a sau b .

  Energia cu care sunt emise radiatiile se masoara in electronivo1ti (eV) si reprezinta energia castigata de un electron cand strabate o diferenta de potential de un volt. Un multiplu al acestei unitati de masura este milion-electron-voltul (MeV); 1 MeV=10⁶ eV.

  Activitatea unei cantitati de radionuclid (rata de producere a dezintegrarilor naturale) se masoara in becquerel (Bq). Un becquerel este egal cu o dezintegrare intr-o secunda. In mod normal se utilizeaza MBq (megabecquerelul), care este egal cu un milion de becquereli. Timpul necesar ca activitatea unui radionuclid sa scada Ia jumatate prin dezintegrare se numeste timp de injumatatire si are simbolul T_1/2. Radiatiile sunt detectate si masurate de: filmele fotografice, substantele termoluminiscente, contorii Geiger si detectoarele cu scintilatii. Masuratorile facute se pot interpreta in termenii dozei de radiatie absorbita de organism sau de o anumita parte a corpului. Doza absorbita se masoara in gray (Gy) si reprezinta energia cedata de radiatie unitati de masa a substantei prin care trece (de exemplu tesutul). Un gray corespunde unui joule pe kilogram. Frecvent, se folosesc submultipli ai grayului, cum este m Gy, care reprezinta a milioana parte dintr-un Gy. Dozele absorbite egale au efecte biologice egale. Astfel, un gray de radiatie a intr-un tesut este mai periculos decat un gray de radiatie b , care are o sarcina electrica mai mica si se deplaseaza mai rapid. Din acest motiv s-a introdus o alta unitate de masura, sievert(Sv), care este egala cu doza absorbita inmultita cu un factor care tine seama de modul in care o anumita radiatie isi distribuie energia in tesut. Aceasta marime se numeste echivalentul dozei. Pentru particulele b , fotonii g si radiatiile X, factorul este egal cu unitatea. Pentru particulele a factorul este 20, deci 1 Gy de radiatie a corespunde unui echivalent al dozei de 20 Sv; 1 Sv de radiatie a produce aceleasi efecte asupra organismului uman sau animal ca 1 Sv radiatie b ,a sau X. Pe de alta parte, in organism, ace1asi tip de radiatie are implicatii diferite in functie de organul atacat. Astfel, o iradiere cu particule a plamanului este mult mai grava decat iradierea cu aceleasi particule a oaselor. Pentru a tine seama de acest atac diferit se utilizeaza pentru organism asa-numitu1 echivalent al dozei efectiv. Echivalentul dozei efectiv se calculeaza ca suma a produselor dintre echivalentul dozei fiecarui organ din corp si un factor de pondere asociat acelui organ. Factorii de pondere pentru om sunt prezentati in tabelul de mai jos.

De exemplu, daca iradierea s-a produs asupra plamanului (echivalentul dozei 9OmSv) ficatul (echivalent doza 80 mSv) suprafetei osoase (200 mSv) si a maduvei osoase (echivalent doza 150 mSv), echivalentul dozei efectiv primit de organism se calculeaza astfel:

99x12 + 80x0,06 + 200x0,03 + 150x0,12 = 39,6 mSv.

  Deoarece in multe lucrari de specialitate se pot intalni unitati de masura diferite de cele prezentate pana aici, in tabelul urmator se prezinta relatiile de interdependenta

Surse de poluare radioactiva

Principalele surse artificiale de poluare radioactiva sunt urmatoarele:

a.1⁰. accidentele si deseurile de la reactoarele nucleare;

a.2⁰ experientele si accidentele cu arme nucleare;

a.3⁰. tratamentele medicale ce utilizeaza radiatii sau radionuclizi

a.4⁰. diferite activitati profesionale.

a.1⁰. Reactorii nucleari au fost folositi pentru producerea energiei inca din anii '50. Exista, practic, doua tipuri de reactori : reactori termici si reactori rapizi. In reactorii termici frecvent utilizati - se fo1oseste uraniu, care este alcatuit din nucleele a doi izotopi: uraniu-235 (0,7%) Si uniniu-238 (99,3%). Cand Un neutron termic patrunde intr-un nucleu de uraniu-235 se produce fisiunea acestuia din urma cu o mare eliberare de energie, de alti neutroni ₅i de radiatii 7. Neutronii rezultati din fisiune sunt rapizi Si nu sunt tot atat de capabili de a produce noi fisiuni. Din acest motiv, neutronii emisi in urma fisiunii uraniului-235 sunt incetiniti, facandu-i sa semnat Ia Moscova tratatul de interzicere a experientelor cu arma nucleara, cu exceptia celor subterane, marile puteri an efectuat circa 510 teste nucleare in atmosfera: circa 300 S.U.A., 180 fosta URSS, 25 Marea Britanie si 4 Franta. Pana in anii 1985, Franta si China, singurele nesemnatare ale tratatului, au mai explodat in atmosfera 40 si respectiv 25 bombe nucleare.

  Energia eliberata in testele efectuate pana in 1963 a fost de cateva ori mai mare decat a tuturor explozivilor folositi in al doilea razboi mondial, sau a 20-a parte din puterea exploziva nucleara acumulata in arsenalele americane si sovietice in 1981 (exprimata in combustibil exploziv conventional aceasta putere a fost de 600 megatone). In acelasi timp, aproximativ 10 t plutoniu ,,neexplodat' s-a vaporizat si dispersat in atmosfera.

Exploziile nucleare sovietice, desi mai putine, au avut o putere dubla fata de cele americane (450 megatone fata de 150), cea mai teribila bomba sovietica fund de aproximativ 4 000 de ori mai puternica decat ,,Little boy', folosita impotriva Japoniei.

Dupa 1963, testele cu arme nucleare an continuat in subteran. Din 1963 pana in 1980, Statele Unite au mai efectuat cam 400 teste subterane cu bombe atomice, iar fosta Uniune Sovietica 300, dar cu o putere exploziva mult mai mare.

La nivelul anului 1963 se apreciaza ca radionuclizii, proveniti de la testele cu arme nucleare, au produs o iradiere suplimentara anuala de 430 mSv pe individ, in aproape intreaga emisfera nordica (majoritatea exploziilor au fost efectuate in aceasta emisfera). Dupa acest an, valoarea iradierii suplimentare a scazut substantial, pana la momentul Cernobal.

  a.3⁰. In clinici si spitale radiatiile sunt folosite:

- la radiografii;

- in scop terapeutic;

 - in scopuri de investigatie.

  La radiografii se folosesc, in special, radiatiile X (Rontgen). o radiografie a toracelui va transfera plamanului un echivalent al dozei de 20 m Sv

In scop terapeutic se utilizeaza iradierea pentru distrugerea tesuturilor tumorale maligne. Frecvent folosite sunt radiatule X de mare energie sau radiatule gama date de sursele Cobalt-60. In scop terapeutic sunt necesare valori ale dozei absorbite foarte mari, ajungand pana la cativa zeci de gray. Se mai folosesc fascicule de neutroni si radiatiile ionizante.

In scopuri de investigatie se utilizeaza administrarea de radionuclizi cu timpi scurti de injumatatire. Dupa administrare, se realizeaza tomografierea (radiografii ale structurilor dintr-un singur plan de profunzime), in special a plamanilor, oaselor si creierului.

Se estimeaza ca media echivalentului efectiv al dozei primita de organismul uman din proceduri medicale are valori de circa 200 m Sv pe an.

 a.4⁰. Radiatia artificiala este folosita in multe ramuri ale activitatii omenesti. De exemplu, in industrie este folosita pentru controlul proceselor si a calitatii produselor, iar in scop de studiu, este folosita in institute de cercetare si invatamant superior. Tot aici trebuie inclusa si activitatea medicilor sau a personalului sanitar care lucreaza cu radiatii. La acestea trebuie adaugate dozele pe care le primeste omul Si de la ceasurile luminate cu substante radioactive sau de la televizoare (televizoarele moderne sunt bine ecranate).

  Se apreciaza ca din activitati profesionale doza colectiva (produsul dintre echivalentul dozei efectiv ₅i nr. persoanelor care au activitati profesionale legate de radiata) in Marea Britanie, de exemplu, este de circa 450 Sv/om si an.

 b) Problema radiatiilor nu este numai o consecinta a progresului tehnic-stiintific al omului modern. Radiatia a existat intotdeauna in natura. Dupa opinia unor oameni de stiinta, radiatia cosmica a avut o mare importanta in evolutia vietii pe Pamant. Astfel, aparitia reptilelor gigantice precum ₅i evolutia ulterioara a speciilor animale Si vegetale este pusa, de multi cercetatori, sub semnul influentei exercitate de radiatia cosmica primita de pamant, din univers.

Practic, exista doua componente ale iradierii naturale: o componenta cosmica ₅i una telurica.

  Originea radiatiei cosmice este inca neclara. Unii specialisti sunt de parere ca ar veni din galaxia noastra, a1si ca ar veni din afara ci. Soarele contribuie mai ales in perioadele de eruptii solare.

Radiatia cosmica patrunde in cantitate mai mare pe Ia poli decat pe la ecuator. De asemene, oamenii si animalele care traiesc in munti, la mari altitudini, sunt mai expusi la acest tip de radiatie decat cei aflati Ia nivelul mani.

Radiatia telurica provine din faptul ca toate materialele din scoarta pamantului sunt radioactive. Se crede ca miscarile scoartei sunt cauzate ₅i de radioactivitatea naturala. Cele mai raspandite elemente radioactive din sol si roci sunt: uraniul, toriul si potasiul-40.

Sintetic, iata, in medie, care sunt, calitativ si cantitativ, principalele surse ale dozei de radiatie umana:

- din cosmos: circa 100 000 neutroni si 400 000 particule de radiatie cosmica secundara trec prin flecare individ, in fiecare ora;

- din aerul respirat: circa 30 000 atomi (de radon, plutoniu, bismut si plumb) se dezintegreaza in fiecare ora in plamani, dand nastere la particule '3, ce si unor fotoni 7;

- din sol si materiale de constructie: peste 200 milioane fotoni y trec prin noi in fiecare ora;

- din alimente si apa: omul introduce zilnic in organism peste 1 microgram de uraniu; 70% din aceasta cantitate provine din cereale came, lapte s cartofi.

Intr-un om de greutate medie (70 kg) se afla, permanent, urmatoarele cantitati de substante radioactive:

- C 14 - 1,9x100 g, care dau 3,1x10^-8 dezintegrari/s;

- T - 8,4x10^-15 g, care dau 3 dezintegrari/s;

- K 40 - 8,3x10^-12 g, care dau 1,9x10⁴ dezintegrari/s.

Din faptul ca viata pe pamant exista si se dezvolta continuu, deducem ca nivelul radiatiei naturale nu atinge, nici pe departe, limitele de suportabilitate ale organismelor vii.