SKAŻENIE RADIOAKTYWNE: RODZAJE, PRZYCZYNY, KONSEKWENCJE - ŚRODOWISKO - 2026

Zanieczyszczenie promieniotwórcze jest zdefiniowana jako inkorporację radioaktywnego niepożądanych składników środowiska. Może to być naturalne (radioizotopy obecne w środowisku) lub sztuczne (pierwiastki promieniotwórcze wytwarzane przez ludzi).

Wśród przyczyn skażenia radioaktywnego są próby jądrowe przeprowadzane do celów wojskowych. Mogą one generować radioaktywne deszcze, które przemieszczają się w powietrzu przez kilka kilometrów.

Eksplozja jądrowa. Źródło: Zdjęcie dzięki uprzejmości National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office

Wypadki w elektrowniach jądrowych to kolejna z głównych przyczyn skażenia radioaktywnego. Niektóre źródła skażenia to kopalnie uranu, działalność medyczna i produkcja radonu.

Ten rodzaj zanieczyszczenia środowiska ma poważne konsekwencje dla środowiska i ludzi. Ma to wpływ na łańcuchy troficzne ekosystemów, a ludzie mogą mieć poważne problemy zdrowotne, które powodują ich śmierć.

Głównym rozwiązaniem w przypadku skażenia radioaktywnego jest zapobieganie; Muszą istnieć protokoły bezpieczeństwa dotyczące postępowania z odpadami radioaktywnymi i ich przechowywania, a także niezbędnego sprzętu.

Wśród miejsc z dużymi problemami skażenia radioaktywnego są Hiroszima i Nagasaki (1945), Fukushima (2011) oraz Czarnobyl na Ukrainie (1986). We wszystkich przypadkach skutki dla zdrowia osób narażonych były poważne i spowodowały wiele zgonów.

Rodzaje promieniowania

Promieniotwórczość to zjawisko, w wyniku którego niektóre ciała emitują energię w postaci cząstek (promieniowanie korpuskularne) lub fal elektromagnetycznych. Jest to wytwarzane przez tak zwane radioizotopy.

Radioizotopy to atomy tego samego pierwiastka, które mają niestabilne jądro i mają tendencję do rozpadu, aż do osiągnięcia stabilnej struktury. Kiedy się rozpadają, atomy emitują energię i cząsteczki, które są radioaktywne.

Promieniowanie radioaktywne jest również nazywane jonizującym, ponieważ może powodować jonizację (utratę elektronów) atomów i cząsteczek. Te promieniowanie może mieć trzy typy:

Promieniowanie alfa

Cząsteczki są emitowane z zjonizowanych jąder helu, które mogą przemieszczać się na bardzo krótkie odległości. Zdolność penetracji tych cząstek jest niewielka, więc można je zatrzymać za pomocą kartki papieru.

Promieniowanie beta

W wyniku rozpadu protonów i neutronów emitowane są elektrony o dużej energii. Ten rodzaj promieniowania może przebywać kilka metrów i może zostać zatrzymany przez płyty szklane, aluminiowe lub drewniane.

Promieniowanie gamma

Jest to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o dużej energii, które pochodzi z jądra atomowego. Jądro przechodzi ze stanu wzbudzonego do stanu o niższej energii i zostaje uwolnione promieniowanie elektromagnetyczne.

Promieniowanie gamma ma dużą moc przenikania i może przemieszczać się na setki metrów. Aby to zatrzymać, wymagane są płyty z kilku centymetrów ołowiu lub do 1 metra betonu.

Rodzaje skażeń radioaktywnych

Skażenie radioaktywne można zdefiniować jako inkorporację niepożądanych pierwiastków promieniotwórczych do środowiska. Radioizotopy mogą być obecne w wodzie, powietrzu, lądzie lub organizmach żywych.

W zależności od pochodzenia radioaktywności, skażenie radioaktywne jest dwojakiego rodzaju:

naturalny

Ten rodzaj zanieczyszczenia pochodzi z pierwiastków promieniotwórczych występujących w naturze. Naturalna radioaktywność pochodzi z promieni kosmicznych lub ze skorupy ziemskiej.

Promieniowanie kosmiczne składa się z cząstek o wysokiej energii pochodzących z kosmosu. Cząsteczki te powstają podczas eksplozji supernowych w gwiazdach i na Słońcu.

Kiedy pierwiastki radioaktywne docierają do Ziemi, są odchylane przez pole elektromagnetyczne planety. Jednak na biegunach ochrona nie jest zbyt skuteczna i mogą dostać się do atmosfery.

Innym źródłem naturalnej radioaktywności są radioizotopy obecne w skorupie ziemskiej. Te pierwiastki radioaktywne są odpowiedzialne za utrzymanie wewnętrznego ciepła planety.

Głównymi pierwiastkami promieniotwórczymi w płaszczu Ziemi są uran, tor i potas. Ziemia straciła elementy z krótkimi okresami radioaktywności, ale inne żyją miliardy lat. Wśród tych ostatnich _{wyróżniają się} uran ₂₃₅ , uran ₂₃₈ , tor ₂₃₂ i potas ₄₀ .

Uran ₂₃₅ , uran ₂₃₈ i tor ₂₃₂ tworzą trzy radioaktywne jądra obecne w pyle, który tworzy gwiazdy. Rozpadające się grupy radioaktywne dają początek innym pierwiastkom o krótszym okresie półtrwania.

Rad powstaje w wyniku rozpadu uranu _238, z którego powstaje radon (gazowy pierwiastek promieniotwórczy). Radon jest głównym źródłem naturalnego skażenia radioaktywnego.

Sztuczny

Zanieczyszczenie to jest spowodowane działalnością człowieka, taką jak medycyna, górnictwo, przemysł, testy jądrowe i wytwarzanie energii.

W 1895 roku niemiecki fizyk Roëntgen przypadkowo odkrył sztuczne promieniowanie. Naukowiec odkrył, że promienie rentgenowskie były falami elektromagnetycznymi, które powstały w wyniku zderzenia elektronów wewnątrz lampy próżniowej.

W laboratorium powstają sztuczne radioizotopy w wyniku reakcji jądrowych. W 1919 roku z wodoru wyprodukowano pierwszy sztuczny izotop promieniotwórczy.

Sztuczne izotopy radioaktywne są wytwarzane w wyniku bombardowania neutronami różnych atomów. Te, penetrując jądra, zdestabilizują je i naładują energią.

Sztuczna radioaktywność ma liczne zastosowania w różnych dziedzinach, takich jak medycyna, działalność przemysłowa i wojskowa. W wielu przypadkach te radioaktywne pierwiastki są omyłkowo uwalniane do środowiska, powodując poważne problemy z zanieczyszczeniem.

Przyczyny

Skażenie radioaktywne może pochodzić z różnych źródeł, na ogół z powodu niewłaściwego obchodzenia się z pierwiastkami radioaktywnymi. Poniżej wymieniono niektóre z najczęstszych przyczyn.

Testy jądrowe

Elektrownia jądrowa w Pensylwanii w Stanach Zjednoczonych. Źródło: Zobacz stronę dla autora Centers for Disease Control and Prevention's Public Health

Odnosi się do detonacji różnych eksperymentalnych broni jądrowych, głównie w celu opracowania broni wojskowej. Wybuchy jądrowe miały też na celu kopanie studni, wydobywanie paliwa czy budowę infrastruktury.

Testy jądrowe mogą być przeprowadzane w atmosferze (w atmosferze ziemskiej), stratosferze (poza atmosferą planety), pod wodą i pod ziemią. Te atmosferyczne są najbardziej zanieczyszczające, ponieważ wytwarzają duże ilości radioaktywnego deszczu, który jest rozproszony na kilka kilometrów.

Cząsteczki radioaktywne mogą zanieczyścić źródła wody i dotrzeć do ziemi. Ta radioaktywność może osiągnąć różne poziomy troficzne poprzez łańcuchy pokarmowe i wpłynąć na uprawy, a tym samym dotrzeć do ludzi.

Jedną z głównych form pośredniego skażenia radioaktywnego jest mleko, dlatego może mieć wpływ na dzieci.

Od 1945 roku na całym świecie przeprowadzono około 2000 testów jądrowych. W konkretnym przypadku Ameryki Południowej opad radioaktywny dotknął głównie Peru i Chile.

Generatory energii jądrowej (reaktory jądrowe)

Wiele krajów wykorzystuje obecnie reaktory jądrowe jako źródło energii. Reaktory te wytwarzają kontrolowane reakcje łańcuchów jądrowych, zwykle poprzez rozszczepienie jądrowe (rozbicie jądra atomowego).

Zanieczyszczenie występuje głównie w wyniku wycieku pierwiastków promieniotwórczych z elektrowni jądrowych. Od połowy lat czterdziestych XX wieku istniały problemy środowiskowe związane z elektrowniami jądrowymi.

Kiedy dochodzi do wycieków w reaktorach jądrowych, zanieczyszczenia te mogą przemieszczać się w powietrzu setki kilometrów, powodując skażenie wody, ziemi i źródeł żywności, które dotknęły pobliskie społeczności.

Wypadki radiologiczne

Występują na ogół w związku z działalnością przemysłową, z powodu niewłaściwego obchodzenia się z pierwiastkami promieniotwórczymi. W niektórych przypadkach operatorzy nie obsługują odpowiednio sprzętu i mogą powstawać wycieki do środowiska.

Promieniowanie jonizujące może być generowane, powodując szkody dla pracowników przemysłowych, sprzętu lub uwalniane do atmosfery.

Wydobywanie uranu

Uran to pierwiastek występujący w naturalnych złożach na różnych obszarach planety. Materiał ten jest szeroko stosowany jako surowiec do produkcji energii w elektrowniach jądrowych.

Podczas eksploatacji tych złóż uranu powstają pozostałości promieniotwórcze. Powstające odpady są uwalniane na powierzchnię, gdzie gromadzą się i mogą być rozproszone przez wiatr lub deszcz.

Wytworzone odpady wytwarzają duże ilości promieniowania gamma, które jest bardzo szkodliwe dla istot żywych. Ponadto wytwarzane są duże ilości radonu i może dojść do skażenia źródeł wody w poziomie lustra wód gruntowych przez wymywanie.

Radon jest głównym źródłem skażenia pracowników tych kopalń. Ten radioaktywny gaz może być łatwo wdychany i wnikać do dróg oddechowych, powodując raka płuc.

Działalność medyczna

Izotopy radioaktywne są produkowane w różnych zastosowaniach medycyny nuklearnej, które następnie należy wyrzucić. Materiały laboratoryjne i ścieki są na ogół zanieczyszczone pierwiastkami radioaktywnymi.

Podobnie sprzęt do radioterapii może generować skażenie radioaktywne zarówno dla operatorów, jak i pacjentów.

Materiały radioaktywne w przyrodzie

Naturalne materiały promieniotwórcze (NORM) można zwykle znaleźć w środowisku. Na ogół nie powodują skażenia radioaktywnego, ale różne działania ludzkie mają tendencję do ich koncentracji i stają się problemem.

Niektóre źródła koncentracji materiałów NORM to spalanie węgla mineralnego, paliw ropopochodnych oraz produkcja nawozów.

Na obszarach, na których spalane są śmieci i różne odpady stałe, może dojść do gromadzenia się potasu ₄₀ i radonu ₂₂₆ . Na obszarach, gdzie głównym paliwem jest węgiel drzewny, obecne są również te radioizotopy.

Fosforyt używany jako nawóz zawiera duże ilości uranu i toru, podczas gdy radon i ołów gromadzą się w przemyśle naftowym.

Konsekwencje

O środowisku

Źródła wody mogą być skażone izotopami promieniotwórczymi, wpływając na różne ekosystemy wodne. Podobnie te zanieczyszczone wody są konsumowane przez różne organizmy, na które mają wpływ.

Kiedy dochodzi do zanieczyszczenia gleby, zubożają, tracą żyzność i nie mogą być wykorzystywane w działalności rolniczej. Ponadto skażenie radioaktywne wpływa na łańcuchy pokarmowe w ekosystemach.

W ten sposób rośliny są zanieczyszczane radioizotopami przez glebę, które przechodzą na roślinożerców. Zwierzęta te mogą ulec mutacji lub umrzeć w wyniku radioaktywności.

Na drapieżniki wpływa ograniczona dostępność pożywienia lub skażenie przez zjadanie zwierząt obciążonych radioizotopami.

O ludziach

Promieniowanie jonizujące może spowodować śmiertelne szkody dla ludzi. Dzieje się tak, ponieważ izotopy radioaktywne uszkadzają strukturę DNA tworzącego komórki.

Radioliza (rozkład przez promieniowanie) zachodzi w komórkach, zarówno DNA, jak i zawartej w nich wody. Prowadzi to do śmierci komórki lub wystąpienia mutacji.

Mutacje mogą powodować różne nieprawidłowości genetyczne, które mogą prowadzić do dziedzicznych wad lub chorób. Jedną z najczęstszych chorób jest rak, zwłaszcza tarczycy, ponieważ wiąże jod.

Podobnie może dojść do uszkodzenia szpiku kostnego, co powoduje różne rodzaje anemii, a nawet białaczkę. Ponadto system odpornościowy może zostać osłabiony, czyniąc go bardziej wrażliwym na infekcje bakteryjne i wirusowe.

Wśród innych konsekwencji jest bezpłodność i wady rozwojowe płodów matek poddanych promieniotwórczości. Dzieci mogą mieć problemy z nauką i wzrostem, a także małe mózgi.

Czasami uszkodzenie może powodować śmierć komórki, wpływając na tkanki i narządy. W przypadku uszkodzenia ważnych narządów może dojść do śmierci.

Zapobieganie

Skażenie radioaktywne jest bardzo trudne do opanowania, gdy już się pojawi. Dlatego należy skoncentrować wysiłki na zapobieganiu.

Odpady radioaktywne

Magazynowanie odpadów promieniotwórczych. Źródło: D5481026

Gospodarka odpadami promieniotwórczymi jest jedną z głównych form zapobiegania. Muszą być one rozmieszczone zgodnie z przepisami bezpieczeństwa, aby uniknąć skażenia osób, które je obsługują.

Odpady radioaktywne należy oddzielić od innych materiałów i postarać się zmniejszyć ich objętość, aby łatwiej było się nimi manipulować. W niektórych przypadkach odpady te są przetwarzane w celu przekształcenia ich w łatwiejsze do manipulowania formy stałe.

Następnie odpady radioaktywne należy umieścić w odpowiednich pojemnikach, aby uniknąć skażenia środowiska.

Kontenery są przechowywane w odizolowanych miejscach z protokołami bezpieczeństwa lub mogą być również zakopane głęboko w morzu.

Elektrownie jądrowe

Jednym z głównych źródeł skażenia radioaktywnego są elektrownie jądrowe. Dlatego zaleca się, aby były budowane w odległości co najmniej 300 km od ośrodków miejskich.

Ważne jest również, aby pracownicy elektrowni jądrowej byli odpowiednio przeszkoleni w zakresie obsługi sprzętu i unikania wypadków. Podobnie zaleca się, aby ludność znajdująca się w pobliżu tych obiektów była świadoma możliwych zagrożeń i sposobów postępowania w przypadku awarii jądrowej.

Ochrona personelu pracującego z elementami promieniotwórczymi

Najbardziej skuteczną ochroną przed skażeniem radioaktywnym jest przeszkolenie personelu i odpowiednia ochrona. Powinno być możliwe skrócenie czasu narażenia ludzi na promieniowanie.

Obiekty muszą być odpowiednio skonstruowane, unikając porów i pęknięć, w których mogą gromadzić się radioizotopy. Należy zapewnić dobre systemy wentylacyjne z filtrami, które zapobiegają wydostawaniu się odpadów do środowiska.

Pracownicy muszą mieć odpowiednią ochronę, taką jak ekrany i odzież ochronna. Ponadto używana odzież i sprzęt muszą być okresowo odkażane.

Leczenie

Istnieje kilka kroków, które można podjąć, aby złagodzić objawy skażenia radioaktywnego. Obejmują one transfuzje krwi, wzmocnienie układu odpornościowego lub przeszczep szpiku kostnego.

Jednak te zabiegi są paliatywne, ponieważ bardzo trudno jest usunąć radioaktywność z organizmu człowieka. Jednak obecnie prowadzi się terapię cząsteczkami chelatującymi, które mogą izolować radioizotopy w organizmie.

Chelatory (nietoksyczne cząsteczki) wiążą się z radioaktywnymi izotopami, tworząc stabilne kompleksy, które można usunąć z organizmu. Zsyntetyzowano chelatory, które są w stanie wyeliminować do 80% zanieczyszczeń.

Przykłady miejsc skażonych radioaktywnością

Odkąd energia jądrowa była wykorzystywana w różnych działaniach człowieka, miały miejsce różne wypadki spowodowane radioaktywnością. Aby poszkodowani mogli poznać ich powagę, ustalono skalę wypadków jądrowych.

Międzynarodowa Skala Wypadków Jądrowych (INES) została zaproponowana przez Międzynarodową Organizację Energii Atomowej w 1990 roku. INES ma skalę od 1 do 7, gdzie 7 oznacza poważny wypadek.

Przykłady poważniejszych skażeń radioaktywnych są wymienione poniżej.

Hiroszima i Nagasaki (Japonia)

Bomby atomowe zaczęto opracowywać w latach 40. XX wieku na podstawie badań Alberta Einsteina. Ta broń jądrowa była używana przez Stany Zjednoczone podczas II wojny światowej.

6 sierpnia 1945 r. Nad Hiroszimą wybuchła bomba wzbogacona uranem. Spowodowało to falę ciepła o temperaturze około 300 000 ° C i duży wybuch promieniowania gamma.

Następnie wytworzył się radioaktywny opad, który został rozprzestrzeniony przez wiatr, zabierając skażenie dalej. W następnych latach w wyniku wybuchu zginęło około 100 000 osób, a kolejne 10 000 zginęło w wyniku radioaktywności.

9 sierpnia 1945 roku w mieście Nagasaki wybuchła druga bomba atomowa. Ta druga bomba była wzbogacona plutonem i była potężniejsza niż ta z Hiroszimy.

W obu miastach osoby, które przeżyły eksplozję, miały liczne problemy zdrowotne. Tak więc ryzyko raka w populacji wzrosło o 44% w latach 1958-1998.

Obecnie nadal istnieją konsekwencje radioaktywnego skażenia tych bomb. Uważa się, że żyje ponad 100 000 osób dotkniętych promieniowaniem, w tym osoby w łonie matki.

W tej populacji występują wysokie wskaźniki białaczki, mięsaków, raków i jaskry. Grupa dzieci poddanych promieniowaniu w macicy wykazała aberracje chromosomowe.

Czarnobyl (Ukraina)

Uważana jest za jedną z najpoważniejszych katastrof jądrowych w historii. Stało się to 26 kwietnia 1986 roku w elektrowni atomowej i ma 7 poziom w INES.

Pracownicy przeprowadzali test symulujący zanik zasilania i przegrzanie jednego z reaktorów. Spowodowało to wybuch wodoru wewnątrz reaktora i ponad 200 ton materiału radioaktywnego zostało wyrzuconych do atmosfery.

Podczas eksplozji zginęło ponad 30 osób, a opad radioaktywny rozprzestrzenił się na kilka kilometrów wokół. Uważa się, że w wyniku radioaktywności zginęło ponad 100 000 osób.

Zapadalność na różne rodzaje raka wzrosła o 40% na dotkniętych chorobą obszarach Białorusi i Ukrainy. Jednym z najczęstszych rodzajów raka jest rak tarczycy, a także białaczka.

Zaobserwowano również stany związane z układem oddechowym i pokarmowym w wyniku narażenia na promieniowanie. W przypadku dzieci, które były w łonie matki, ponad 40% miało niedobory odporności.

Wystąpiły również nieprawidłowości genetyczne, nasilenie chorób układu rozrodczego i moczowego oraz przedwczesne starzenie się.

Fukushima Daiichi (Japonia)

Elektrownia jądrowa Fukushima, Japonia. Źródło: Digital Globe

Wypadek ten był wynikiem trzęsienia ziemi o sile 9, które nawiedziło Japonię 11 marca 2011 r. Następnie doszło do tsunami, które spowodowało dezaktywację systemów chłodzenia i elektryczności trzech reaktorów w elektrowni jądrowej Fukushima.

W reaktorach doszło do kilku eksplozji i pożarów, co spowodowało wycieki promieniowania. Wypadek ten został początkowo sklasyfikowany jako poziom 4, ale ze względu na jego konsekwencje został później podniesiony do poziomu 7.

Większość skażeń radioaktywnych trafiła do wody, głównie do morza. Obecnie w tej fabryce znajdują się duże zbiorniki na zanieczyszczoną wodę.

Te zanieczyszczone wody są uważane za zagrożenie dla ekosystemów Oceanu Spokojnego. Jednym z najbardziej problematycznych radioizotopów jest cez, który łatwo porusza się w wodzie i może gromadzić się u bezkręgowców.

Eksplozja nie spowodowała bezpośrednich zgonów spowodowanych promieniowaniem, a poziomy narażenia na promieniowanie były niższe niż w Czarnobylu. Jednak niektórzy pracownicy mieli zmiany DNA w ciągu kilku dni od wypadku.

Podobnie, zmiany genetyczne wykryto w niektórych populacjach zwierząt poddanych promieniowaniu.

Bibliografia

1. Greenpeace International (2006) Katastrofa w Czarnobylu, konsekwencje dla zdrowia ludzkiego. Streszczenie dla kierownictwa. 20 s.
2. Hazra G (2018) Zanieczyszczenie radioaktywne: przegląd. Holistyczne podejście do środowiska 8: 48-65.
3. Pérez B (2015) Badanie skażenia środowiska naturalnego przez naturalne pierwiastki promieniotwórcze. Praca dyplomowa na kierunku Fizyka. Wydział Nauki i Inżynierii, Pontificia Universidad Católica del Perú. Lima Peru. 80 stron
4. Bears J (2008) Radioaktywne skażenie środowiska w neotropikach. Biologist 6: 155-165.
5. Siegel i Bryan (2003) Geochemia środowiska skażeń radioaktywnych. Sandia National Laboratories, Albuquerque, USA. 115 s.
6. Ulrich K (2015) Skutki Fukushimy, upadek przemysłu jądrowego przybiera na sile. Raport Greenpeace. 21 s.