Radioekologia

Skutki biologiczne promieniowania jonizującego

Słowa kluczowe: jonizacja materii żywej,   teoria tarczy, kancerogeneza, mutageneza, radiotoksyczność, dawka promieniowania jonizującego, składowe promieniowania jonizującego, geneza wirusów, działanie dioksyny,  radon w środowisku, radionuklidy w nawozach mineralnych 

Proces jonizacji materii żywej. Na wstępie można przyjąc tezę, że powstałe w wyniku absorpcji energii  cząsteczki wzbudzone i rodniki są główną przyczyną negatywnych efektów w materii żywej. W procesie jonizacji materii żywej można wyróżnić następujące stadia: (1) stadium fizyczne - zaabsobowanie energii na poziomie atomu, wzbudzenie lub jonizacja atomu, cząsteczki; (2) stadium fizyko-chemiczne - powstawanie rodników lub rodniko-jonów; (3) stadium chemiczne - wtórne reakcje rodników i jonów ze soba i ze środowiskiem; (4) stadium biologiczne - reakcje materii żywej na różnych poziomach organizacji.          Skutki popromienne w żywej komórce zależą od tego, jakie cząsteczki wchodzące w jej skład zostaly uszkodzone, a więc polegają na zaburzeniu różnych funkcji danej komórki. Większość efektów popromiennych u istot żywych ujawnia się dopiero po pewnym czasie, t.zw. czas utajenia. Przy analizie skutków uszkodzeń komórki należy uwzględnić rodzaje cząsteczek składowych według hierarchii wrażliwości: (1) cząsteczki kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA), zawierające informacje genetyczną komórki. DNA wysyła informacje do różnych obszarów komórki za pomocą "posłańców", to jest cząsteczek kwasu rybonukleinowego (RNA), syntetyzowanego na matrycy DNA; (2) RNA określa skład i strukturę tworzonych bialek; (3) cząsteczki białka spełniają rolę cząsteczek budulcowych lub wykonują różne funkcje; np. enzymy - jeżeli uszkodzona zostanie cząsteczka enzymu, wówczas zaburzona zostanie reakcja w której ten enzym odgrywa zasadnicza role. Na przykład zaburzenie procesów metabolicznych, mechanizmów regulujących wzrost i inicjujących podziały komórkowe. W przypadku komórek somatycznych działaja mechanizmy naprawcze, po pewnym czasie uszkodzone cząsteczki mogą zostać usunięte i zastąpione nową czasteczką. Natomiast fatalne konsekwencje są w przypadku komórek rozrodczych, skutki modyfikacji są utrwalone, nieodwracalne (Z.Szepke: Problemy promieniotwórczych skażeń otoczenia i skażeń wewnętrznych. Postępy techniki jadrowej. Seria: Ochrona przed promieniowaniem, Warszawa, 1965, nr 33 (248)).

Częstotliwość występowania różnego rodzaju cząsteczek w żywej komórce, w stosunku do 1 cząsteczki DNA : DNA 1, RNA 44, białko 700, inne cząsteczki materiału organicznego 4 000, lipidy 7 000, cząsteczki związków nieorganicznych 6,8E+4, woda 1,2E+7.  Przekazywanie energii cząsteczkom napromieniowanej materii jest procesem przypadkowym. Z powyższego zestawienia wynika, że działanie bezpośrednie promieniowania dotyczy cząsteczek występujących w największej ilosci (teoria tarczy). Oznacza to, że największe prawdopodobieństwo przekazania energii aktywacji dotyczy cząsteczek wody, które następnie pośrednio oddziaływują na inne cząsteczki komórki.

Działanie pośrednie promieniowania - jonizacja wody polega na utracie elektronu i powstaniu wolnego jono-rodnika:       

H2O+ jest nietrwały i natychmiast rozpada się na proton wodoru i wolny rodnik hydroksylowy:

Elektron oderwany od cząsteczki wody może być wychwytywany przez inną cząsteczkę wody, powodując powstanie jono-rodnika: który z kolei rozkłada się na rodnik wodoru i jon hydroksylowy:

Wzbudzenie cząsteczki wody przez promieniowanie powoduje więc jej dysocjację na rodniki: wodoru i hydroksylowy

Rodnik wodoru H* oraz rodnik hydroksylowy OH*, mają małe wymiary i mogą szybko dyfundować i reagować z innymi cząsteczkami występującymi w komórce.

Kancero- i mutageneza: Promieniowanie jonizujące i powstałe pod ich wpływem wolne rodniki, powodują w organiźmie zaburzenia procesów fizjologicznych. Jeśli wolne rodniki wnikną do wnętrza komórki to pewne enzymy komórkowe pod ich wpływem ulegają inaktywacji, co powoduje zahamowanie funkcji życiowych komórki [Z. Szot: Działanie promieniowania jonizującego na materię żywą. Postępy techniki jądrowej. Seria: Ochrona przed promieniowaniem, Warszawa,1976, nr 81 (612); Z.Jaworowski: Radioaktywność a zdrowie ludzkie. PWN, Warszawa,1964.]. W zależności od właściwości chemicznych radionuklidu i czasu jego działania na człowieka, oddziaływanie promieniowania jonizującego ujawnia się w postaci uszkodzeń somatycznych lub mutacji genetycznych. Do uszkodzeń somatycznych zalicza się białaczkę, uszkodzenia skóry, zmiany przedrakowe, nowotwory, zaćmę, skrócenie długości życia oraz opóźnienie wzrostu i opóźnienie rozwoju. Proces jonizacji w żywej komórce przebiega odmiennie w cytoplazmie i jądrze komórkowym, dwóch zasadniczych składnikach komórki. Poszczególne substancje, wchodzące w skład cytoplazmy, składają się z wielkiej liczby takich samych cząsteczek. Dopiero uszkodzenie większej ilości tych cząsteczek wywołuje dostrzegalne zaburzenia w cytoplaźmie, ponieważ funkcje uszkodzonych cząsteczek przejmują cząsteczki zdrowe. Natomiast w jądrze komórkowym, które się składa z substancji chromatynowej (kwasy nukleinowe) zawierającej kod genetyczny, znacznie mniejsza ilość energii promienistej może spowodować zmiany mutagenne. Promienioczułość jadra komórkowego jest więc znacznie wyższa niż cytoplazmy. Zaburzenia somatyczne prowadzą do zmian nowotworowych w organiźmie. Proces kancerogenezy przebiega w kilku fazach [J.Nurkowska: Geny i nowotwory.Wi Ż,1995, nr 2, s.10-16.]:

- faza indukcyjna trwająca od 15 do 30 lat, w 3/4 zależna od oddziaływania czynników kancerogennych środowiska a w 1/4 od odziedziczonych predyspozycji genetycznych;

- faza in situ, objawiająca się pojawieniem guzów niezłośliwych, trwa od 5 do 10 lat;

- faza inwazyjna (1 do 5 lat), charakteryzuje się pojawieniem komórek złośliwych, wytwarzających substancje rozpuszczajace okoliczne tkanki;

- faza rozsiewu (1 do 5 lat), objawia się wędrówką komórek złośliwych naczyniami limfatycznymi i tworzeniem nowych ognisk przerzutu.

U ludzi obciążonych predyspozycją nowotworową pierwszy defekt genowy pojawia się już w zapłodnionej komórce jajowej i przekazywany jest wszystkim komórkom potomnym tworzącym tkanki i narządy rozwijającego się organizmu. Do grupy pierwiastków promieniotwórczych o największej toksyczności należą przede wszystkim ciężkie radionuklidy szeregów: uranowo-radowego, torowego i aktynowo-uranowego. Do grupy radionuklidow silnie toksycznych zaliczany jest rownież stront Sr-90, emitor cząstek o półokresie zaniku 28 lat, pochodzący ze skażeń atmosferycznych ostatnich dziesięcioleci. Po katastrofie czernobylskiej środowisko naturalne, w tym także wody powierzchniowe, zostały skażone m.in. promieniotwórczymi izotopami jodu-131 oraz cezu-134 i cezu-137, o radioaktywności beta i gamma ( K.A.Pachocki, T.Majle: Następstwa awarii elektrowni jądrowej w Czernobylu, w odniesieniu do terytorium Polski. Post.Fiz.Med.,1992, 27, 1-2).  

Kumulacja radionuklidów:  Poszczególne radionuklidy wykazują w organizmie różną podatność do koncentracji. Rad-226 koncentruje się w kościach i praktycznie nie jest wydalany na zewnątrz, jego ilość w kościach wzrasta z wiekiem. W związku z kumulacją w organiźmie, rad jest zaliczany do radionuklidów osteoporowych. Produktem rozpadu radu-226 jest radon-222, gaz szlachetny emitujący cząstki alfa. Szczególnie toksyczne są produkty rozpadu radonu: ołów-210, emitujący cząstki beta   i polon-210, emitor cząstek alfa, które mają dłuższy okres półzaniku. Badania epidemiologiczne przeprowadzone we Francji wskazują na korelację między podwyższonymi ilościami radonu a zachorowalnością na białaczkę, statystyki wykazaly że radon jest odpowiedzialny za 27% zgonów spowodowanych białaczką szpiku kostnego [Dr Jean-Francois Viel, Faculte de medecin de Besancon, International Journal of Epidemiology, September, 1993;  J.Denis-Lempereur: Radon et leucemies, nouveaux soupcons. Science & Vie, 1993, No 914, 28-35]. Do radionuklidów osteoporowych zaliczany jest również stront-90. Kumulowany w kościach, może prowokować martwicę aseptyczna kości. Radioaktywny cez koncentruje się natomiast w tkance mięśniowej, nerkach, płucach, wątrobie, sercu, gonadach, jak również w tkance kostnej u dzieci. Jedna dziesiąta część skonsumowanego cezu jest wydalana w ciągu 2 dni, pozostała część jest wydalana stopniowo w ciagu około 110 dni. Poważniejsze konsekwencje wynikają w przypadku inkorporowanych radionuklidów o działaniu kumulatywnym, które przemieszczając się z krwioobiegiem lokalizują się w tkance nerwowej i mogą powodowac uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego. Niewykluczone, że jedną z konsekwencji kumulatywnego działania niskich dawek promieniowania jest choroba   ujawniająca się z wiekiem - choroba Alzheimera. Według przeprowadzonych badań statystycznych około 20 mln. ludzi na świecie dotkniętych jest tą chorobą. Zapada na nią 10% osób w wieku ponad 65 lat i 20% w wieku ponad 80 lat [M.F. Lantieri: Les cles de la demence senile. Science & Vie, 1993, No 908, p.72-75].  Potwierdzenie powyższych obaw stanowi światowa statystyka zachorowań na nowotwory i zaobserwowany charakterystyczny zespół chorób nowotworowych u dzieci. Corocznie notuje się na świecie około 6 mln. nowych przypadków raka. Ryzyko powstania nowotworu złośliwego wrasta z wiekiem, za wyjątkiem białaczek i nowotworów ośrodkowego układu nerwowego, które są częstsze u dzieci.

Jonizacja materii żywej jako przyczyna patologii - Trzy teorie pochodzenia wirusów (oparte na założeniu modyfikacji kwasu rybonukleinowego RNA w komórkach organizmu) - (S&V/1995, 934, p.43-51.):

1. Powstanie komórki zawierającej wirusowy RNA w wyniku oddziaływania bakterii pasożytującej, która ulega degeneracji. Ogniwem pośrednim jest komórka, której jądro jest oddzielone od cytoplazmy (eucaryote);

2. Autotransformacja fragmentów komórkowego RNA w RNA wirusowy. Fragmenty RNA komórkowego stają się autonomiczne, dochodzi do oddzielenia się jądra komórkowego od cytoplazy (eucaryote) a następnie do powstania RNA wirusowego;

3. Uformowane a następnie pomnażane RNA z prostych nukleotydów, penetrują komórkę, która daje początek komórce z wirusowym RNA. W tym przypadku również występuje etap rozdzielenia jądra komórkowego od cytoplazmy (eucaryote).

Następnie, dla powstania wirusów kompletnych wystarczy, że wirusowe RNA otrzymają otoczki białkowe.

Nukleotyty mogą podlegać mutacji:

a) przypadek wirusa DNA - jeśli jakiś wirus DNA jest przedmiotem mutacji, różne enzymy usiłują go weliminować i zastąpić fragment zmutowany. DNA jest więc naprawiany i następnie pomnażany;

b) przypadek wirusa RNA - w przypadku mutacji wirusa RNA, uszkodzenia przekazywane są w następnych generacjach.

Proces rozwoju wirusów na przykładzie wirusów z grupy Herpes (gatunek -wirusy ospy wietrznej powodujące ospę i półpasiec) S&V, 1995, n. 934, p.43-51. Objaśnienia do schematu zamieszczonego w tekście artykułu:

[1] Komórka wirusowa wirusa herpes jest chroniona przez otoczkę proteinowa, jak rownież otoczona jest powłoką lipidową, w której proteiny formują gruzełki (protuberancje). Te glikoproteiny wirusowe chowają się (!) w komórce za pośrednictwem receptorów usytuowanych na powierzchni membrany komórkowej.

[2] Powłoka wirusowa łaczy się z błoną komórkową i virion wnika do komórki.

[3] Virion przemieszcza się poprzez komórke i DNA wirusowe jest swobodne wewnatrz jądra komórkowego.

[4] Chromosomy (!) komórki,bardzo szybko przestają funkcjonować, gdy tymczasem DNA wirusowe krąży,

[5] niektóre geny są przerabiane na RNA-posłańce.

[6] Wirusowy RNA-posłaniec wychodzi wreszcie z jądra i rozpoczyna monopolizować maszynerię komórkową a wreszcie syntezować proteiny wirusowe,

[7] te proteiny wracają do jądra komórkowego,

[8] i prowokują kaskadę wydarzeń. Niektóre powodują syntezę nowych protein. Inne uczestniczą w powielaniu wirusowych DNA.

[9] Gdy tysiące kopii DNA zostanie zsyntezowanych, produkcja protein jest w swoim maksimum,

[10]w jądrze komórkowym następuje akumulacja protein, które zaczynają formować otoczki (capsides) wirusowe

[11]i migrować w kierunku glikoprotein błony komórkowej otoczki.

[12]Wirusowy materiał genetyczny (DNA podwójne pasmo) jest otoczone przez proteiny, które zamykają (!) otoczkę (capside),

[13]viriony wychodzą z jądra i kierują się do błony komórkowej.

[14]Glikoproteiny wirusowe, wprowadzone do membrany cytoplazmowej, otaczają viriony w momencie gdy one opuszczają komórkę.

[15]Składanie i produkcja nowych cząsteczek wirusowych trwa aż do momentu gdy komórka gospodarza się rozpada.

Biochemiczne uwarunkowanie choroby i terapia genowa  (Wiedza i Życie,1996, 3, 28-32) - projektowanie leków: na podstawie komputerowego obrazu przestrzennej struktury cząsteczek DNA identyfikuje sie uszkodzona część łańcucha DNA i projektuje się związki blokujące aktywność enzymu zaangażowanego w proces chorobowy. Przykład cząsteczki serynowych protaz "naprawione" dwupeptydem ("przyczepienie" krótkich peptydow w wybranych miejscach DNA i RNA, kierujących syntezą białek podczas choroby)

Schemat oddziaływania cząsteczki TCDD (dioksyna) C12 H4 O4 Cl4 (S&V, 1993,906) - analogia do działania wolnych rodników, powstałych w wyniku jonizacji cząsteczek budujących komórkę żywą. Objaśnienie do schematu zamieszczonego w tekście artykułu:  

Cząsteczka dioksyny (1) jest rozpuszczalna w tłuszczach i dlatego penetruje bez trudności błonę komórkową (2), utworzoną z tłuszczu. W cytoplazmie błona komórkowa wraz z receptorem nazywanym Ah (3) - Aryl hydrocarbon receptor, tworzy związek chemiczny (4) zdolny pokonać barierę jądra komórkowego (5) i penetrować wnętrze jądra. Tamże inny receptor zwany Amt (6) powoduje powstanie nowego związku (7), który przyczepia się do struktury DNA, w miejscu aktywatora genu CYP 1A1 (8). Ten gen jest nośnikiem kodu tworzenia enzymów dla cytochromu P 450, "wyrażenia" genetycznego który z nim koresponduje (cytochrom - hemoproteidy niezbędne w procesie utleniania komórkowego, mają zdolność przenoszenia elektronów dzięki odwracalnej zmianie stopnia utlenienia żelaza w ich grupie hemowej).

Od momentu aktywacji genu mechanizm komórkowy rozpoczyna fabrykować szereg olypeptyd korespondujących z tymi enzymami. W efekcie DNA tego genu jest przekształcony w RNA "posłańca" (9), który wydostaje się na zewnątrz do reticulum endoplazmy (błony siateczki śródplazmatycznej - ziarnista warstwa cytoplazmy). Tutaj kod genetyczny, rozpoznawany jest fragment po fragmencie przez rybosomy (10) - (organelle komórkowe zawierające kwas rybonukleinowy RNA, miejsce syntezy białek). Z każdym fragmentem kodu koresponduje kwas amidowy. Te ostatnie są "zespalane", jeden po drugim aż do utworzenia końcowej proteiny, w przypadku enzymu (11).

Rola enzymów polega na metabolizmie substancji obcych dla komórki, na przykład benzo(a)pirenu (12) zawartego w dymie tytoniowym. Metabolity (13) powstałe w tej operacji są usuwane przez komórkę (14) do krwi a następnie eliminowane w odchodach (moczu).

Szkodliwość TCDD polega na tym, że przyczepia się na strukturze DNA powodując nadaktywacje genu CYP 1A1. Rezultat: komórka metabolizuje bardzo dużą ilość benzo(a)pirenu co daje w efekcie taką ilość metabolitów - z których część jest toksyczna, że przekracza to zdolności wydalnicze komórki. Wydostając się z pod wszelkiej kontroli niektóre metabolity (15) przedostają się do jądra komórki i przyczepiają do DNA (16), gdzie powodują anormalną aktywizację innych genów (szczególnie tych odpowiedzialnych za replikację komórki, co w konsekwencji może prowadzić do powstania nowotworu).

Ocena dawki promieniowania jonizującego. Stopień zagrożenia ze strony absorbowanego radionuklidu określa efektywny równoważnik dawki promieniowania, wyrażony w siwertach (Sv) (vide Appendix. Jednostki promieniowania jonizującego). Wielkość inkorporowanej dawki zależy od ilości rozpadów promieniotwórczych wyrażonej w bekerelach (Bq), energii rozpadu, rodzaju promieniowania i ogólnej masy ciała lub masy organu krytycznego. Jako krytyczny określa się organ szczególnie narażony na kumulację danego radionuklidu. W tabeli 1 przedstawiono współczynniki konwersji Sv/Bq oraz efektywne równoważniki dawki promieniowania, odpowiadające inkorporacji 100 Bq danego radionuklidu. Nuklidy zostały uszeregowane według wzrastającej radiotoksyczności.

Tabela 1.Dawki promieniowania jonizującego pochodzące od inkorporowanego radionuklidu

Radionuklid

Współczynnik konwersji dawki (osoba dorosła) */

Efektywny równoważnik dawki 100 Bq **/

Radionuklid

Współczynnik konwersji dawki (osoba dorosła) */

Efektywny równoważnik dawki 100 Bq **/

 

Sv/Bq

mSv

 

Sv/Bq

mSv

tryt H-3

1,8 E -11

0,0000018 uran U-234 3,9 E -8 0,0039
wegiel C-14

5,6 E -10

0,000056 rad Ra-224 8,0 E -8 0,008
kobalt Co-60

7,2 E -9

0,00072 jod J-129 1,1 E -7 0,011
potas K-40 5,0 E -9 0,0005 rad Ra-226 2,2 E -7 0,022
jod J-131 2,2 E -8 0,0022 rad Ra-228 2,7 E -7 0,027
cez Cs-137 1,3 E -8 0,0013 pluton Pu-239 5,6 E-7 0,056
cez Cs-134 1,9 E-8 0,0019 polon Po-210 6,2 E -7 0,062
stront Sr-90 2,8 E -8 0,0028 ołów Pb-210 1,3 E -6 0,13
uran U-238 3,6 E -8 0,0036 tor Th-232 1,8 E -6 0,18

*/ według danych Światowej Organizacji Zdrowia  - dla dzieci, ze względu na mniejszą masę ciała, współczynnik konwersji jest 8-10 razy większy

**/ Efektywny równoważnik dawki promieniowania odpowiadający inkorporacji 100 Bq radionuklidu (osoba dorosła)

Tabela 2. Współczynniki konwersji dawki promieniowania jonizującego i efektywny równoważnik dawki 100 Bq inkorporowanego radonu Rn-222 */

Radionuklid

Współczynnik konwersji dawki

Efektywny równoważnik dawki 100 Bq

 

Sv/Bq

mSv

radon Rn-222 2,0 E-8 (dorosły)

0,0020

7,0 E-8 (dziecko) 0,0070

*/ K.Pachocki: Radon w środowisku. Ekologia i zdrowie, Warszawa 1995

Na poczatku lat 60-tych, w Polsce roczna dawka promieniowania jonizującego ze źródeł naturalnych, promieniowania działającego na gonady, określana była na 0,8 do 1,8 mSv ( Z.Jaworowski: Radioaktywność a zdrowie ludzkie. PWN, Warszawa,1964). Na powyższą dawkę składało się oddziaływanie promieniowania kosmicznego (0,23 -  0,73 mSv/a), promieniowanie podłoża (0,25 - 0,75 mSv/a) oraz inkorporacja poprzez produkty spożywcze i powietrze atmosferyczne - promieniowania potasu K-40 (19 mSv/a), węgla C-14 (12,7 mSv/a) oraz radu Ra-226 (0,07 mSv/a). Według danych statystycznych [Ochrona Środowiska. Dział 6. Promieniowanie jonizujące. Hałas. GUS, Warszawa, 1994.] średnia wartość efektywnego równoważnika dawki promieniowania, otrzymywanego przez mieszkańców Polski w roku 1992, wynosila 3,6 mSv/a. Składowe dawki promieniowania przedstawia tabela 3. Uwagę zwraca wysoka dawka promieniowania wewnątrz budynków (1,58 mSv/a) powodowana głównie przez radon-222 i jego pochodne (Po-218, Po-214, Pb-210, Bi-210 i Po-210), których źródłem są materialy budowlane oraz gaz ziemny i woda.

Tabela 3. Wartości średnich efektywnego równoważnika dawek w roku 1992 [ Ochrona Środowiska. Dział 6. Promieniowanie jonizujące. Hałas. GUS, Warszawa, 1994.]

Składowe promieniowania

Średnie dawki mSv/rok na osobę

Udział procentowy %

promieniowanie kosmiczne

0,29

8,0

promieniowanie gamma z podłoża

0,04

1,1

promieniowanie radonu-220 i radonu-222 oraz ich pochodnych na wolnym powietrzu

0,08

2,2

opad promieniotwórczy po wybuchach jądrowych i po katastrofie czernobylskiej

0,021

0,6

promieniowanie gamma w budynkach

0,38

10,6

promieniowanie radonu-220 i radonu-222 oraz ich pochodnych, w powietrzu wewnątrz budynków

1,58

43,9

radionuklidy inkorporowane (bez radonu)

0,409

11,4

diagnostyka rentgenowska i badania in vivo

0,78

21,7

zagrożenia zawodowe w górnictwie

0,016

0,4

inne (przedmioty powszechnego użytku)

0,005

0,1

r a z e m

3,601

100,0

Appendix - Jednostki promieniowania jonizującego:
Jednostka energii: dżul (J), elektronowolt (eV)
1 J = 1 N x  m
1 eV = 1,60218 E -19 J
Jednostki radioaktywności: bekerel (Bq) , curie (Ci)
1 Bq = 1 rozpad promieniotwórczy na sekundę (1/s)
1 Ci = 3,7 E +10 Bq
Jednostka dawki ekspozycyjnej: rentgen (R)
1 R = 88 ergów/g powietrza (1 erg = 1 E -7 J)
1 R = 8,8 E -3  J/kg powietrza
Jednostka mocy dawki ekspozycyjnej: rentgen na sekundę (R/s)
1 R/h = 71,66 nA/kg (1 nanoamper = 1 E -9 A)
Jednostka dawki pochłoniętej: grej (Gy)
1 Gy = J/kg (ilość energii promieniowania odpowiadająca 1 dżulowi pochłoniętemu przez 1 kg napromieniowanej materii)
Jednostka równoważnika dawki pochłoniętej: siwert (Sv)
1 Sv = 1 Gy ´ WSB (WSB - względna skuteczność biologiczna)
WSB = 1 dla promieniowania gamma , X oraz cząstek beta
WSB = 5 - 10 dla promieniowania neutronowego
neutrony termiczne WSB = 5
neutrony prędkie WSB = 10
WSB = 10 dla promieniowania protonowego
WSB = 20 dla promieniowania alfa (jądra atomu helu)
Jednostki mocy dawki pochłoniętej
1 Gy/s (grej na sekundę)
1 Sv/a (siwert na rok)

Obliczenie efektywnego równoważnika dawki promieniowania */

Przenikanie radonu i jego pochodnych do układu oddechowego

krótkożyciowe produkty rozpadu radonu w powietrzu mogą występować w dwóch formach:

 - wolnej, jako jednoatomowe radioaktywne cząsteczki

 - związanej, z pyłem i aerozolami

W budynkach o normalnym stężeniu aerozoli (104 cm-3) średni czas życia swobodnej pochodnej radonu wynosi około 100 sekund,  w kopalniach, gdzie stężenie aerozoli jest wyższe, czas ten wynosi około 4 sekund,  w procesie oddychania powietrze wraz z radonem i zawieszonymi w nim pyłami i nie związanymi produktami rozpadu, jest zasysane poprzez usta lub nos do płuc. Po chwili gazy, a wiec powietrze i radon, są usuwane na zewnątrz, natomiast pyły i produkty rozpadu radonu osądzają się w płucach (na śluzie dróg oddechowych). Inhalacja pochodnych radonu prowadzi do niejednorodnego napromieniowania układu oddechowego. Największe dawki otrzymują komórki podstawowe nabłonka górnych części oskrzeli w obszarze tchawiczno - oskrzelowym płuc, co spowodowane jest faktem osadzania się nie związanych pochodnych radonu. Zzwiązane pochodne radonu osądzają się w większości w obszarze płuc.

W efektywnym równoważniku dawki dla płuc na jednostkę energii wchłoniętej przypada:

. na obszar tchawico - oskrzelowy 1,1 Sv/J

. na obszar pęcherzykowo - miąższowy 0,5 Sv/J

Średnie światowe stężenie radonu w powietrzu i odpowiadająca im roczna dawka efektywna

Współczynnik konwersji w przypadku inhalacji: ekspozycja na radon o stężeniu 1 Bq m-3 powoduje otrzymanie w ciągu godziny efektywnego równoważnika dawki 9 nSv (9x10-9 Sv Bq-1 h-1 m3). Przyjmując, ze średnie stężenie radonu wynosi: wewnątrz pomieszczeń 40 Bq m-3 , a na zewnątrz, w powietrzu atmosferycznym 10 Bq m-3, co odpowiada ekwiwalentnemu stężeniu równowagi radonu (EEC) odpowiednio:

16 Bq m-3 (F=0,4) i 8 Bq m-3 (F=0,8)

roczny efektywny równoważnik dawki, jeśli 1/5 dnia spędza się na zewnątrz bud., wynosi:

 - wewnątrz bud.: 16 Bq m-3 (EEC) x 9.10-9 Sv Bq-1 h-1 m3 x (4/5 x 24 x 365) h x 1000 = 1,00 mSv

 - na zewnątrz: 8 Bq m-3 (EEC) x 9.10-9 Sv Bq-1 h-1 m3 x (1/5 x 24 x 365) h x 1000 = 0,126 mSv 

 

Stężenie radonu

Współczynnik konwersji Roczna dawka efektywna
Bq m-3 nSv Bq-1 h-1 m3 mSv
 

gazowe stężenie radonu

EEC (a)

gazowe stężenie radonu

EEC

gazowe stężenie radonu

EEC (b)

wewnątrz

40

16

0,17

9

48,0

1,00

na zewnątrz

10

8

0,17

9

3,0

0,13

EEC - ekwiwalentne stężenie równowagi radonu

(a) - współczynnik równowagi F: wewnątrz budynków F = 0,4, na zewnątrz F = 0,8

(b) - przyjęto współczynnik wagowy czasu przebywania: na zewnątrz 0,2 i wewnątrz bud. 0,8

*/ K.Pachocki: Radon w środowisku. Ekologia i zdrowie, Warszawa 1995

________________________________________________________________________________

Referat wygłoszony na Sesji Naukowej "Radon w środowisku" i opublikowany w materiałach konferencji, zorganizowanej przez przez Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego w Krakowie, w dniach 14-15.06.2000.

KONCENTRACJA RADONU W BUDYNKACH A GRANICZNA DAWKA PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO

 Andrzej Pawuła

Instytut Geologii, Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu

Według kryterium radiobiologicznego, zastosowanego w rządowym zarządzeniu z 1969 r. w sprawie największych dopuszczalnych dawek promieniowania jonizującego, dopuszczalną koncentrację radonu Rn-222 w powietrzu określono na poziomie 37 Bq/m3. W nowym zarządzeniu Prezesa PAA z 1988 r. w sprawie dawek granicznych, dopuszczalną koncentrację radonu w pomieszczeniach przeznaczonych na stały pobyt ludzi, podniesiono do poziomu 100 Bq/m3 (§ 10 ust.2). Równocześnie w tym samym zarządzeniu określono dawkę graniczną ze wszystkich źródeł promieniowania jonizującego na 1 mSv/rok. Powyższa dawka graniczna, wyrażona jako efektywny równoważnik dawki, dotyczy "osób zamieszkałych lub przebywających w ogólnie dostępnym otoczeniu źródeł promieniowania jonizującego, w tym również obiektu jądrowego, oraz narażonych wskutek skażeń promieniotwórczych środowiska (§ 9 ust.1). W 1995 roku podniesiono dopuszczalną koncentrację radonu w istniejących budynkach do 400 Bq/m3. Nie dość tego, w wypowiedziach przedstawicieli CLOR, powołujących się na publikację Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej w Wiedniu, stwierdza się: "średnie roczne stężenie radonu w pomieszczeniach mieszkalnych nie powinno przekraczać 600 Bq/m3". Czy należy więc oczekiwać kolejnej zmiany zarządzenia Prezesa PAA w kwestii dopuszczalnej koncentracji radonu w powietrzu budynków?

Według danych PZH (K.Pachocki, Radon w środowisku, Warszawa, 1995), ekspozycja na radon w powietrzu, przy koncentracji 1 Bq na 1 m3 powietrza, w czasie 1 godziny, powoduje otrzymanie przez osobę dorosłą efektywnego równoważnika dawki promieniowania jonizującego, na poziomie 9 nSv. Przy założeniu proporcji czasu ekspozycji na radon: 80% przebywanie w budynku i 20% na zewnątrz, oraz przyjmując dopuszczalną koncentrację radonu w istniejących budynkach 400 Bq/m3 i koncentrację radonu w powietrzu atmosferycznym na zewnątrz 10 Bq/m3, a także przyjmując ekwiwalentne stężenie równowagi (EEC) dla radonu wewnątrz budynków F=0,4 i na zewnątrz F=0,8, roczny efektywny równoważnik dawki wynosi razem 10,22 mSv, czyli 10-cio krotnie więcej niż graniczna dawka określona w Zarządzeniu Prezesa PAA. W przypadku dzieci, które mają mniejszą masę ciała, otrzymana dawka promieniowania jest jeszcze większa. Proporcje dawek składowych, pochodzących z wymienionym powyżej form ekspozycji na radon, ilustrują następujące obliczenia:

Na ogół, przy niższych koncentracjach radonu w budynkach, na poziomie 40 Bq/m3, co odpowiada w przybliżeniu wcześniej przyjmowanemu kryterium radiobiologicznemu, efektywna dawka promieniowania wynosi około 1 mSv/rok. Ponieważ istnieje również oddziaływanie innych źródeł promieniowania, takich jak promieniowanie kosmiczne, skażenia żywności i diagnostyka rentgenowska, Międzynarodowa Komisja Ochrony Radiologicznej ICPR zdefiniowała t.zw. dawkę genetyczną na poziomie 50 mSv/30 lat, czyli średnio 1,67 mSv/rok. Uzasadnieniem ustanowienia dawki genetycznej jest zmniejszenie zagrożenia mutacyjnego ludności w okresie rozrodczym.

Z powyższej analizy wynikają dwa wnioski, adresowane do Państwowej Agencji Atomistyki:

1. Dawka graniczna, określona w § 9 ust.1 Zarządzenia Prezesa PAA z dnia 31 marca 1988 r., winna zostać urealniona do poziomu odpowiadającemu dawce genetycznej, w zaokrągleniu do 2 mSv/rok; powinna przy tym uwzględniać dawki składowe ze wszystkich źródeł promieniowania jonizującego, w tym także ze źródeł naturalnych.

2. Dopuszczalna koncentracja radonu w budynkach przeznaczonych na pobyt ludzi, określona w § 1 ust.2 Zarządzenia Prezesa PAA z dnia 7 lipca 1995 r., winna ulec obniżeniu zgodnie z kryterium radiobiologicznym, mimo problemów technicznych i ekonomicznych jakie ta zmiana będzie powodować.

Zasadny jest również apel do parlamentu polskiego o zmianę zapisu w projekcie ustawy "Prawo atomowe", w którym przewiduje się dalszą liberalizację kryteriów oceny zagrożenia radiologicznego. W dokumencie sejmowym nr 1724, opublikowanym na stronie http://www.sejm.gov.pl, w artykule 15, pkt. 2 stwierdza się, co następuje: "Dawki graniczne nie obejmują narażenia na promieniowanie naturalne, jeżeli narażenie to nie zostało zwiększone w wyniku działalności człowieka, w szczególności nie obejmuje narażenia pochodzącego od radonu w budynkach mieszkalnych, od naturalnych nuklidów promieniotwórczych wchodzących w skład ciała ludzkiego, od promieniowania kosmicznego na poziomie ziemi, jak również narażenia nad powierzchnią ziemi od nuklidów promieniotwórczych znajdujących się w nienaruszonej skorupie ziemskiej". Powyższy projekt prowadzi się do ustawowego uwolnienia się Państwowej Agencji Atomistyki i Centralnego Laboratorium Ochrony Radiologicznej od obowiązku działań ochronnych przed skażeniami środowiska, przez radionuklidy pochodzenia geologicznego. Ponieważ dawka promieniowania jonizującego od radonu i jego pochodnych stanowi poważne zagrożenie dla ludności, więc postawienie jej poza bilansem składowych dawki granicznej, jest manipulacją niedopuszczalną.

        Informacja dodatkowa i apel obywatelski: Uczestnicy Konferencji przyjęli przez aklamację postulat o obniżenie dopuszczalnego stężenia radonu w budynkach i wliczania otrzymywanej dawki od radonu do dawki granicznej. Mimo to do Ustawy z dnia 29 listopada 2000 r. "Prawo Atomowe" został wprowadzony artykuł 13 o następujacej treści:
1. Dawki graniczne obejmują sumę dawek pochodzących od narażenia zewnętrznego i wewnętrznego.
2. Dawki graniczne nie obejmują narażenia na promieniowanie naturalne, jeżeli narażenie to nie zostało zwiększone w wyniku działalności człowieka, w szczególności nie obejmują narażenia pochodzącego od radonu w budynkach mieszkalnych, od naturalnych nuklidów promieniotwórczych wchodzących w skład ciała ludzkiego, od promieniowania kosmicznego na poziomie ziemi, jak również narażenia nad powierzchnią ziemi od nuklidów promieniotwórczych znajdujących się w nienaruszonej skorupie ziemskiej.

        Poniżej zamieszczone są dwa referaty dokumentujące występowanie wysokich stężeń radonu w powietrzu budynków mieszkalnych oraz w wodzie do picia. Dysponując obliczeniami dawki przy koncentracji radonu w powietrzu  400 Bq/m3, można łatwo obliczyć, że równoważa dawka promieniowania przy stężeniu  4000 Bq/m3, które stwierdzono w regionie jeleniogórskim, będzie 10 razy wyższa, t.j. około 100 mSv/a.  Należy jeszcze dodać otrzymywaną dawkę promieniowania, wynikającą z picia wody zawierającej radionuklidy. Oczywiście należy przyjmować skorygowaną dawkę promieniowania, odpowiadającą konsumpcji 2 litrów wody dziennie na osobę dorosłą a nie 0,3 l/d,   jak to przyjęto w poniższym artykule. Ocenę skutków działań legislacyjnych odpowiedzialnego urzędu państwowego i polskiego parlamentu można ocenić w kontekście przyjmowanej ogólnie dawki genetycznej na poziomie 2 mSv/a! Mam nadzieję, że przedstawiony materiał zostanie zauważony przez posłów do Sejmu R.P. i wykorzystany do interpelacji.                                                                                                                                                   Andrzej Pawuła    

_____________________________________________________________________

Referat wygłoszony na Sesji Naukowej "Radon w środowisku" i opublikowany w materiałach konferencji, zorganizowanej przez przez Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego w Krakowie, w dniach 14-15.06.2000.

RADON W BUDYNKACH MIESZKALNYCH MIAST KOTLINY JELENIOGÓRSKIEJ

 Krzysztof Pachocki, Bohdan Gorzkowski

Zakład Ochrony Radiologicznej i Radiobiologii,Państwowy Zakład Higieny

ul. Chocimska 24, 00-791 Warszawa, e-mail: kpachocki@pzh.pov.pl

   Radon w powietrzu budynków mieszkalnych oznaczano metodą scyntylacyjną przy użyciu detektorów węglowych Pico-Rad. Dotychczas wykonano ok. 2650 pomiarów. Aktywność radonu oznaczano w liczniku Packard Tri-Carb 1900TR. Opracowanie wyników wykonano przy wykorzystaniu wbudowanego w system programu komputerowego (Radon Analysis Program, Nitron Inc., ver. 3.11). Detektory były eksponowane na radon w trzech seriach, w różnych porach roku (wiosna, jesień, zima).

    W większości miejscowości, w których przeprowadzono pomiary, w powietrzu pomieszczeń mieszkalnych występowały przekroczenia obowiązującego limitu - 400 Bq/m3 stężenia radonu-222. Najwięcej przekroczeń zarejestrowano w Podgórzynie - 40%, w Sobieszowie - 35,8% oraz Łomnicy - 27,3%. Mniejszy procent przekroczeń stwierdzono w Jeleniej Górze - 12,7%, Kowarach - 8,3% oraz w Cieplicach - 4,7%. Brak przekroczeń limitu 400 Bq/m3 stwierdzono tylko w miejscowościach: Jeżów Sudecki, Dąbrowica, Wojcieszyce. Najwyższą zmierzoną w pomieszczeniach mieszkalnych wartość zaobserwowano w domu jednorodzinnym w Jeleniej Górze. Wynosiła ona 3.799,9 Bq/m3 +/-4,9%. Najniższą średnią arytmetyczną otrzymano dla budynków z Jeżowa Sudeckiego - 49,6 Bq/m3 (pokoje na parterze). Średnia wartość arytmetyczna stężenia radonu w pokojach na parterze w Jeleniej Górze wynosiła natomiast 167,6 Bq/m3.

    Swierdzono wyraźny spadek średniego stężenia radonu Rn-222 wraz z wysokością kondygnacji budynku. Otrzymane wyniki potwierdzają, iż głównym źródłem radonu w mieszkaniach jest jego emanacja z podłoża. Wskazują również na dość dobrą szczelność stropu nad piwnicą w badanych budynkach. Nie stwierdzono istotnych statystycznie różnic między stężeniami radonu w kuchni i w pokojach, zlokalizowanych na tej samej kondygnacji (na parterze).

_____________________________________________________________________

Referat wygłoszony na Sesji Naukowej "Radon w środowisku" i opublikowany w materiałach konferencji, zorganizowanej przez przez Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego w Krakowie, w dniach 14-15.06.2000.

WYSTĘPOWANIE RADONU W WODZIE DO PICIA NA OBSZARZE JELENIEJ GÓRY - OCENA ZAGROŻENIA

 Krzysztof Pachocki, Bohdan Gorzkowski

Zakład Ochrony Radiologicznej i Radiobiologii,Państwowy Zakład Higieny

ul. Chocimska 24, 00-791 Warszawa, e-mail: kpachocki@pzh.pov.pl

   Określono ilościowo stężenie radonu-222 w wodzie ze wszystkich ujęć (podziemnych i powierzchniowych) zasilających obszar Jeleniej Góry. Pomiary radonu wykonano metodą ciekłej scyntylacji cząstek alfa i beta przy wykorzystaniu licznika Packard Tri-Carb 1900 TR. Roztworem scyntylacyjnym był Opti-Fluor O, zawierający jako rozpuszczalniki alkilowe pochodne benzenu. Głównym ujęciem wód do zasilania Jeleniej Góry jest stacja w Grabarowie. Pokrywa ona nieco ponad połowę potrzeb miasta (54,5%). Zasila w wodę prawobrzeżną część miasta oraz niektóre osiedla położone w jego północnej części, na lewym brzegu Bobru. Wykorzystuje wody powierzchniowe z rzeki Bóbr oraz wody podziemne. Ujęcia brzegowe położone są w pasie nadbrzeżnym rzeki Bóbr. Składają się ze studni szybowych posadowionych na stropie granitu. Dopływ wody następuje przez ściany boczne i dno. Woda z tego ujęcia wykazywała przed uzdatnieniem od 179,6 do 289,0 Bq/l zawartości radonu. Po uzdatnieniu od 177,7 do 231,8 Bq/l. Również trzy następne ujęcia wód, które czerpią wody podziemne z warstwy czwartorzędowej wykazują duże stężenia radonu. Są to ujęcia "Ceglana" (2,0 %) znajdujące się w Jeleniej Górze, "Pod Karpaczem" (3,2 %) położone ok. 1 km od Karpacza oraz "Śnieżne Kotły" (0,2 %) koło Michałowic w strefie źródliskowym rzeki Wrzosówki. Wody z tych ujęć zawieraly przed uzdatnieniem od 93,2 Bq/l do 216,4 Bq/l radonu. Po uzdatnieniu od 40,4 Bq/l do 196,4 Bq/l. Udział wód z tych trzech ujęć stanowi tylko 5,4 % zaopatrzenia miasta. Pozostałe ujęcia wód: "Pogórzyn" (17,6 %), "Leśniczówka" (6,0%), "Kamienna Wieża" (1,7 %), "Górzyniec" (12,7 %) oraz "Centrum-Jelchem" (2,1 %) wykorzystują wody powierzchniowe. Stężenie radonu w tych wodach jest niskie, waha sie w granicach od 1,1 Bq/l do 7,5 Bq/l.

    Stosujac biokinetyczny model opracowany przez Crawford-Brown'a oraz przyjmując średnie stężenie radonu w wodzie na poziomie ok. 200 Bq/l, a także zakładając, iż wielkość spożycia bezpośrednio świeżej wody przez osobę dorosłą nie przekracza 0,3 l/dzień otrzymano roczne wchłonięcie radonu Rn-222 na poziomie 22.000 Bq. Dla osoby dorosłej oszacowany roczny efektywny równoważnik dawki promieniowania jonizującego na całe ciało z tego tytułu wyniesie ok. 0,9 mSv/rok. Należy jedocześnie podkreślić, iż np. przelewanie wody, jej przetrzymywanie, itp. powoduje znaczne zmniejszenie stężenia występującego w niej radonu. Natomiast gotowanie wody powoduje prawie całkowite pozbycie się go.

_____________________________________________________________________

Referat wygłoszony na XXXV Zjeździe Fizyków Polskich w Białymstoku, w dniach 20-23 września 1999

Skażenia promieniotwórcze środowiska i człowieka w Polsce

Zofia Pietrzak-Flis 
Zakład Higieny Radiacyjnej, Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej, Warszawa

1. Wstęp

Radionuklidy obecne w środowisku są źródłem zarówno zewnętrznej jak i wewnętrznej ekspozycji na promieniowanie jonizujące wszystkich żywych organizmów: roślin, zwierząt i człowieka. Z roślinami i artykułami pochodzenia zwierzęcego oraz z wodą radionuklidy dostają się do człowieka i mogą być inkorporowane w tkankach. Poza nielicznymi wyjątkami, łańcuchy pokarmowe są główną drogą przechodzenia radionuklidów do człowieka. Do wyjątków tych należy pluton i gazy promieniotwórcze takie jak radon i toron, dla których główną drogą jest droga inhalacyjna. Stopień inkorporacji w tkankach i narządach zależy od rodzaju radionuklidu, właściwości chemicznych i na ogół jest różny w różnych tkankach.

Poziom izotopów promieniotwórczych naturalnych w danym rejonie jest na ogół stały, chociaż może ulegać pewnym wahaniom wynikającym z działalności człowieka, takich jak przemysł wydobywczy, spalanie kopalin, stosowanie nawozów fosfatowych, odprowadzanie wód kopalnianych do zbiorników wodnych.

Izotopy pochodzenia sztucznego wprowadzone zostały do środowiska głównie na skutek próbnych wybuchów jądrowych, które zakończyły się na dużą skalę na początku lat sześćdziesiątych, oraz w wyniku awarii jądrowych, z których najpoważniejszą była awaria czarnobylska w 1986 roku. Poziom tych radionuklidów w środowisku ulega zmniejszaniu w miarę upływu czasu od ich uwolnienia do atmosfery, co wiąże się z ich rozpadem.

W niniejszej pracy omówiono ważniejsze izotopy naturalne (238U, 234U, 230Th, 226Ra, 210Pb, 210Po, 232Th i 228Th)*/ i dwa izotopy pochodzenia sztucznego (137Cs, 134Cs).

2. Skażenia gleby

Stężenia naturalnych izotopów promieniotwórczych w glebach polskich jest dość zróżnicowane, ale nie odbiega od poziomów "normalnych". Stężenie 226Ra na większości obszaru Polski jest mniejsze od 20 Bq kg-1 gleby. Najniższe stężenie tego radionuklidu wynosi 4.2 Bq kg-1, a najwyższe - 124 Bq kg-1 i jest zlokalizowane w rejonie jeleniogórskim. Stężenia 210Pb w glebach Polski mieszczą się w zakresie od 7,9 do 91,2 Bq kg-1, natomiast stężenia 228Ac od 3,7 do 86 Bq kg-1 [1].

Średnie skażenie 137Cs gleby w Polsce, określone w 1990 roku w warstwie od 0-10 cm wynosiło średnio 4,72 kBq m-2 i mieściło się w granicach od 0,76 do 54,5 kBq m-2, w 1996 roku średnie skażenie gleby tym radionuklidem było niższe (3,65 kBq m-2); spadek skażenia spowodowany był rozpadem promieniotwórczym 137Cs i w pewnym stopniu jego migracją do głębszych warstw. Średnie skażenie 134Cs gleby w 1990 roku wynosiło 0,51 kBq m-2, z zakresem od 0,02 do 6,82 kBq m-2, natomiast w 1996 poziom tego radionuklidu w glebie niewiele przekraczał tło [2].

3. Wody powierzchniowe

Od roku 1994 prowadzone są w Polsce oznaczenia 226Ra, 3H i 137Cs w wodach powierzchniowych oraz 226Ra i 137Cs w osadach dennych [3]. Próbki pochodzą z dorzecza Wisły i Odry, z rzek Przymorza oraz kilku jezior. Poziom 137Cs w wodzie wykazuje niewielką tendencją malejącą, lecz nadal jest wyższy niż przed awarią czarnobylską. Stężenie tego radionuklidu w osadach dennych jest wyższe w rejonach, w których obserwowano wyższą depozycję tego radionuklidu po awarii czarnobylskiej. Pomiary stężeń Ra-226 w komponentach środowiska wodnego Wisły i Odry wskazują, że górna Wisła oraz środkowa Odra, a także Nysa Łużycka cechują się podwyższonymi stężeniami tego radionuklidu. W przypadku Wisły jest to wynik działalności przemysłu wydobycia węgla kamiennego na Górnym Śląsku oraz prawdopodobnie przemysłu miedziowego w przypadku Nysy Łużyckiej i Odry. W Wiśle stężenie 226Ra maleje wzdłuż jej biegu.

Poziom zawartości trytu w wodach powierzchniowych jest dość stały; w roku 1998 średnie stężenie wynosiło 1,5 Bq L-1 i jest ono około 3 razy wyższe od poziomu przed próbami wybuchami jądrowymi.

4. Przyziemna warstwa powietrza atmosferycznego

Wyniki pomiarów radioaktywności przyziemnej warstwy powietrza atmosferycznego prowadzone w sieci stacji ASS-500 wskazują, że w roku 1997 średnie roczne stężenie 226Ra wynosiło 10,1 ?Bq m-3, 210Pb - 430 ?Bq m-3, a średnie stężenie 137Cs - 1,6 ?Bq m-3. Poziom izotopów naturalnych w warstwie przyziemnej powietrza atmosferycznego był na ogół stały, podczas gdy stężenie 137Cs zmniejszało się w kolejnych latach po awarii czarnobylskiej [4].

5. Naturalne i sztuczne izotopy w pożywieniu ludności Polski

Znajomość zawartości radionuklidów w pożywieniu umożliwia ocenę wielkości ich dziennego i rocznego wchłonięcia, a stąd ocenę skażeń wewnętrznych i wielkość pochłoniętych dawek. Wielkość wchłonięć określano z analizy całodziennego pożywienia, pobieranego zazwyczaj w miejscach zbiorowego żywienia, oraz na podstawie oznaczenia stężeń radionuklidów w poszczególnych artykułach żywnościowych i statystycznych danych o spożyciu [5,6].

Na podstawie otrzymanych danych obliczono średnie roczne wchłonięcia izotopów uranu, toru, 226Ra, 210Pb i 210Po przez dorosłych mieszkańców Polski [7] (Tabela 1). Roczne wchłonięcia badanych izotopów w Polsce na ogół nie odbiegają od wchłonięć obserwowanych w innych krajach. Wyjątek stanowią 210Pb i 210Po, które w Japonii i Portugalii wchłaniane są w znacznie większych ilościach, co wiąże się z dużym spożyciem artykułów pochodzenia morskiego w tych krajach. Udział poszczególnych artykułów jako źródła izotopów w całodziennym pożywieniu jest różny, w przypadku uranu decydujące znaczenie ma woda (około 60% całkowitego wchłonięcia), a w przypadku 210Po - ryby (ponad 30%).

Tabela 1. Średnie roczne wchłonięcia z pożywieniem naturalnych izotopów promieniotwórczych, Bq

Izotop 238U 234U 232Th 230Th 228Th 226Ra 210Pb 210Po
Roczne wchłonięcie 6,12+-0,53 8,37+-2,34 1,09+-0,13 1,74+-0,34 4,92+-1,12 18,6+-1,48 43,4+-7,81 44,0+-11,3

Po awarii czarnobylskiej szczególną uwagę zwrócono na izotopy promieniotwórcze cezu. W pierwszym roku po awarii w rejonie północno-wschodniej Polski roczne wchłonięcie 137Cs ocenione na podstawie analizy produktów żywnościowych wynosiło około 8000 Bq, natomiast 134Cs - około 3000 Bq . Badania kontynuowano do roku 1992. W tym czasie wchłonięcia zmniejszały się wykładniczo, półokres dla 137Cs wynosił 1,72 lat, a dla 134Cs - 0,97 lat [8]. Według ocen przeprowadzonych w roku 1993, średnia roczna podaż 137Cs wynosiła 518 Bq i pozostawała na podobnym poziomie do 1998 roku [9].

6. Dawki skuteczne od izotopów promieniotwórczych w pożywieniu

Na podstawie średnich rocznych wchłonięć izotopów naturalnych przez dorosłych mieszkańców Polski obliczono roczne dawki skuteczne. Do obliczeń zastosowano współczynniki konwersji, określające dawkę pochodzącą od jednostkowego wchłonięcia radionuklidu drogą pokarmową podaną w Publikacji 67 ICRP (1994) oraz w Publikacji 69 ICRP [1995] (Tabela 2). Roczna dawka skuteczna od omawianych naturalnych izotopów promieniotwórczych wynosi 90,0 ?Sv. Dawka ta jest prawie dwukrotnie większa od dawki od 40K obecnego w ciele osób dorosłych (165 ?Sv) i jest ona porównywalna z dawką od 134,137Cs w pierwszym roku po awarii czarnobylskiej [ 8].

Tabela 2. Średnie roczne dawki skuteczne od naturalnych izotopów promieniotwórczych pobieranych z pożywieniem przez dorosłych mieszkańców Polski, ?Sv

Izotop 238U 234U 232Th 230Th 228Th 226Ra 210Pb 210Po Suma
Dawka skuteczna 0,28+-0,02 0,42+-0,12 0,25+-0,03 0,37+-0,07 0,35+-0,08 5,20+-0,418 30,4+-5,47 52,8+-13,6 90,0+-14,6

Literatura

[1] J.Jagielak, M.Biernacka, J.Henschke, A.Sosińska , Radiologiczny Atlas Polski 1977, (PAPIOŚ, CLOR, PAA, Warszawa 1998).
[2] J.Jagielak, M.Biernacka, J.Henschke, A.Sosińska, M.Baranowski, R.Jankowski, Radiologiczny Atlas Polski, (CLOR, PAA, Warszawa 1992).
[3] T.Wardaszko, I.Radwan, R.Klimkowski, Z.Pietrzak-Flis, Monitoring skażeń promieniotwórczych: pomiary skażeń promieniotwórczych wód i osadów dennych rzek i jezior, Sprawozdanie końcowe, CLOR, Warszawa 1999.
[4] M.Biernacka, M.Bysiek, Wyniki pomiarów radioaktywności przyziemnej warstwy powietrza atmosferycznego prowadzonych w 1997 r. w sieci stacji ASS-500, Raport CLOR nr 137, Warszawa , 1998.
[5] Z.Pietrzak-Flis, E.Chrzanowski, S.Dembińska, Sci. Total Environ., 203, 157 (1997).
[6] Z.Pietrzak-Flis, M.M.Suplińska, L.Rosiak, J.Radioanal. Nucl. Chem., 222, 189 (1997).
[7] Z.Pietrzak-Flis, Postępy Techniki Jądrowej, 42, 18 (1999).
[8] Z.Pietrzak-Flis, P.Krajewski, Health Phys., 67, 115 (1994).
[9] D.Grabowski, W.Kurowski, W.Muszyński, B.Rubel, G.Smagała, J.Świętochowska, Skażenia promieniotwórcze środowiska i żywności w Polsce w 1998 roku, Raport CLOR nr 139, Warszawa 1999.

*/ Uwaga - przy omawianiu radionuklidów pochodzenia naturalnego brak   jest radonu 222Rn, który stanowi  około 50% średniej wartości efektywnego równoważnika  dawki promieniowania (patrz tabela 3, j.w.)

___________________________________

Adres do korespondencji: pawula@main.amu.edu.pl

Adres strony WWW: http://main.amu.edu.pl/~pawula