Retea de monitorizare a radioactivitatii mediului si diseminare a informatiilor

 

RADIOACTIVITATE  ŞI MEDIU

 

A.      GENERALITATI

 

Din cei aproape 1.000 de izotopi  deja  pusi in evidenta ( majoritatea  obtinuti  in laboratoare sau in reactorii nucleari ), peste jumatate sunt mai mult sau mai putin radioactivi, adica emit in mod spontan, din nucleu, o particula de sarcina nenula, modificandu-si implicit numarul atomic “ Z ” si deci, individualitatea.

Particulele tipice emise sunt :

-alpha – nuclee de Heliu 4  ( 2 protoni + 2 neutroni )

-beta – electroni ( numai pozitroni, caz in care radiatia se numeste beta + )

Fenomenul este insotit de o radiatie electromagnetica de energie bine stabilita,  pe care o vom numi radiatie gama.

Probabilitatea diferita de dezintegrare,caracteristica fiecarui nuclid in parte, genereaza doua marimi fizice des utilizate :

1.   Activitatea< este  definita ca  numarul  de  dezintegrari  pe  secunda  si  se masoara in Bq  ( Bequerel ) sau in Ci ( Curie )

                                     1 Bq = 1 dez / sec

                                     1 Ci  = 3.7 + 1010  dez / sec

2.      Timpul  de  injumatatire  este  timpul dupa care jumatate din  nucleele elementului

in cauza, au emis deja. In practica s-au descoperit nuclizi cu timpul de injumatatire sub secunda, pana la milioane de ani ( adica 10-8 secunde pana la 108 ani ).

 

Proprietati :

O caracteristica esentiala a radiatiilor este parcursul sau distanta de injumatatire, marime de care depinde in final, distanta la care efectul radiatiei respective se face simtit.

            Pentru radiatia alfa, parcursul este de ordinul centimetrilor in aer si al zecilor de microni in metal.

            Radiatia beta poate ajunge la ordinul metrilor in aer si al milimetrilor in metal, imprastierea fiind imensa.

            Pentru radiatia gamma parcursul este suficient de mare atat in aer cat si in metal ( pentru densitati mici ale metalului, ajunge la ordinul metrilor ), depinzand foarte mult de energie. Astfel, imprastierea este practic neglijabila.

 

B.      RADIATIA  DE  FOND

 

In conditii normale, in orice zona considerata curata  exista o doza de radioactivitate scazuta,

datorata izotopilor instabili si radiatiei cosmice.

       Prezentei radonului ii datoram o activitate de cca. 37 Bq./ mc. de aer in medie si aceasta reprezinta cam 48 % din ceea ce numim “ radiatii de fond “.

 

            Tabelul nr. 1   reprezinta timpii de injumatatire a catorva izotopi radioactivi :

 

Izotop

Tip radiatie

Timp 1/2

Co - 60

Beta negativ ( electroni )

5,27 ani

Ag – 110m

Beta negativ ( electroni )

249,8 zile

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* La “ Tip radiatie “ s-a trecut numai componenta corpusculara;  gamma exista intotdeauna .

 


Abaterile de la normal sun uneori destul de mari. In Cornwal (Anglia) de exemplu, concentratia de radon este de 20 ori mai mare decat media. Sau, subsolurile cladirilor cu mult beton in structura sunt, de asemenea, zone cu concentratie mare in radon. In Japonia, de exemplu, ele se vand mai scump. Mai jos este evidentiata expunerea la radiatia de fond (‘due to high radon gas locations’) in europa occidentala de catre IAEA* in Sustainable Development and Nuclear Power – 1997, Viena. Cifrele exprima doza efectiva anuala in mSv.

* Agentia Internationala pentru Energie Atomica. Aceasta poate fi accesata la adresa www.iaea.org

 

Se prezinta mai jos un extras din “Communications on nuclear, radiation, transport and waste safety: a practical handbook” – IAEA din aprilie 1999, privitor la valoarea medie a radiatiei de fond corespunzatoare diverselor surse, pe care oamenii neexpusi profesional (publicul) o incaseaza anual.

 


‘Suntem cu totii zilnic expusi radiatiilor ionizante provenite din diferite surse. Unele surse de radiatie sunt naturale altele sunt produse de om. Natura are cea mai mare pondere, cum se poate vedea in figura 1.

 

1.      Radiatia cosmica – 14,5%

2.      Radiatia gamma – 17,1%

3.      Radiatia interna (din mancare si bautura) – 8,6%

4.      Radon – 48,3%

5.      Medicala – 11,2%

6.      Productie (<0,1%) + Descarcari (<0,1%) + Profesionale (<0,1%) + Altele (0,3%).

 

Doza de radiatie globala anuala medie din toate sursele de radiatie este de 2,7mSv, total al componentelor aratate in figura 1.

 

Sursele de radiatie naturale

 

1.      Radiatia cosmica ajunge la noi prin atmosfea pamantului, provenind o parte de la soare si o parte de la alte surse de energie din galaxia noastra sau din afara ei. Doza globala medie pe an este de 0,39mSv.

2.      Crusta pamantului este constituita si din materiale care sunt natural radioactive. Uraniul, spre exemplu, se gaseste in roci si sol, de cele mai multe ori in concentratii foarte mici. Asa se intampla si cu thoriul, carbonul-14 si potasiul-40. Deoarece materialele de constructii sunt extrase din pamant, ele pot fi usor radioactive, iar oamenii sunt iradiati atat in interiorul locuintelor cat si in afara lor. Dozele de radiatie variaza in functie de rocile si solul zonei geografice cat si a tipului de materiale de constructie folosite dar media anuala globala este de 0,46mSv.

3.      Radonul este un gaz natural radioactiv care provine de la uraniul care este raspandit in crusta pamantului. Este emis de sol si roci la suprafata pamantului si dispersat in atmosfera daca nu intra in interiorul cladirilor, caz in care concentratiile pot creste. Dezintegrarea radonului duce la formarea altor atomi radioactivi care, o data inhalati, se pot fixa in plamani si iradia tesuturile. Doza globala anuala medie este de 1,3mSv dar, in zone cu concentratii mari de radon, dozele pot fi de cateva ori mai mari. 

4.      Alimentatia. Atata timp cat materialele radioactive exista oriunde in natura, este inevitabil ca acestea sa nu se ragaseasca si in apa si mancare, ducand la o doza globala medie anuala de 0,23mSv. Potasiul-40 in particular constitue o sursa majora in iradierea interna dar mai exista si altele. Potasiul-40 variaza in corp in functie de masa musculara, fiind de doua ori mai mult in corpul unui barbat tanar fata de o femeie in varsta. Unele alimente, de exemplu nucile braziliene si stridiile concentraza materiale radioactive de asa maniera incat consumatorii de cantitati importante pot primi doze semnificativ peste media obisnuita.

5.      Industiile ne-nucleare pot tehnologic concentra materiale natural radioactive. Un exemplu il constitue prelucrarea minereurilor continand materiale radioactive pe langa elementul pentru care sunt extrase. De exemplu, minereul de fosfor contine radiu, care se regaseste in concentratii mari in steril. Un alt exemplu de industrie ne-nucleara este generarea de electricitate de catre centralele electrice pe carbune care au ca rezultat nedorit si neintentionat eliberarea de materiale natural radioactive din carbune. Acestea ajung in aer si transferate catre populatie prin intermediul alimentelor. Doza globala medie anuala este totusi mica, sub 0,001mSv.

 

Sursele de radiatie artificiale (man-made)

 

6.      Medicala. Radiatia este folosita in medicina in doua moduri distincte: pentru diagnosticarea unor boli sau unor vatamari si pentru distrugerea celulelor canceroase. Cel mai cunoscut mod de diagnosticare este radiografia – folosirea    radiatiilor X care trec prin pacient si formeaza o imagine pe un film. Alte boli pot fi diagnosticate folosind razele gamma emise de materiale radioactive introduse in corpul pacientului prin injectare, inghitire sau inhalare. Aceasta tehnica se numeste medicina nucleara. Materialele radioactive sunt alese asa incat sa se localizeze preferential organul vizat sau partea de corp de interes. Pentru a urmari distributia sau curgerea materialului radioactiv se foloseste camera gamma. Aceasta detecteaza radiatia gamma si produce o imagine care ofera informatii privind starea de sanatate a tesutului, natura bolii cat si stadiul acesteia din urma. Cancerul poate fi tratat prin radioterapie, caz in care sunt folosite fascicule de raze X sau gamma de energie mare, emise de cobalt-60 sau alte surse similare. Acestea sunt orientate cu foarte multa grija, de cele mai multe ori din directii diferite, pentru a reduce doza incasata de tesutul sanatos inconjurator. Asigurarea unor doze mari dar localizate se mai poate obtine si prin folosirea unor substante radioactive (solutii sau mici cantitati de material solid) inserate temporar in interiorul tesuturilor afectate de cancer. Folosirea iradierii medicale constitue de departe cea mai mare sursa artificiala de radiatie la care este expus publicul, doza globala anuala medie fiind de 0,3mSv.

7.      Reactoarele nucleare si industria aferenta obtinerii si transportului combustibilului nuclear elibereaza cantitati mici de materiale radioactive la fiecare treapta a ciclului urmat de combustibilul nuclear. Pentru public, doza globala anuala medie este de 0,008mSv.

8.    Radiatii ale produselor de larg consum. Mici doze de radiatie sunt primite de la bunuri de consum generatoare de radioactivitate artificiala, cum ar fi detectorii de fum, aparate de iluminat, ceasuri luminiscente dar si de la radioactivitatea naturala, de exemplu a fitilelor din lampile cu gaz (impregnate cu nitrati de ceriu si thor pentru a mari luminozitatea). Doza globala anuala medie este extrem de mica – 0,0005mSv.’

 

 

C.      SURSE  DE  RADIATII

 

Orice corp, incapsulat sau nu, care inglobeaza o cantitate suficienta de nuclizi radioactivi, se

numeste sursa de radiatii. Dupa cum materialul radioactiv este sau nu in contact cu exteriorul, sursa se numeste deschisa sau inchisa.

       Din consideratiile de mai sus, rezulta ca pentru sursele inchise este de luat in considerare numai componenta gamma, celelalte fiind practic absorbite de invelis.

       Pe carcasa sursei se va inscriptiona tipul de sursa (izotopul) si activitatea.

 

*De regula, mai ales la sursele obtinute prin iradiere, materialul activ este un amestec intre izotopul radioactiv si cel stabil, in proportii dependente de procesul de fabricatie, deci nu exista o corelatie intre activitate si masa ori volumul sursei.

 

 

D.      EFECTUL  RADIATILOR  ASUPRA  SUBSTANTEI ;

  CONCEPTUL  DE  DOZA

 

        Deplasarea unei particule incarcate, intr-un mediu, produce o ionizare dependenta de tipul si energia particulei. Se introduce, in acest sens, notiunea de “ doza absorbita “ (D), notiune care reprezinta cantitatea de energie cedata de radiatie / Kg. materie.

            Unitatea de masura se numeste “ gray “ (Gy).

 

                                                     1 Gy = 1 j / 1 Kg

 

            Efectul biologic diferind puternic de la un tip la altul de radiatie, s-a introdus notiunea de “echivalentul dozei “  sau  “doza echivalenta“ ( H )

 

                                                          H = F x D

 

unde “ F “ este un factor de pondere a radiatiilor, cu urmatoarele valori orientative :

 

                                

F

Tip  radiatie

1

Gamma

3

Neutroni rapizi

10

Neutroni lenti

20

Alfa

 

Unitatea de masura se numeste “ Seavert “ ( Sv ).

 

                                                   1 Sv = 1 j / 1 Kg  corp

 

Se tolereaza, de asemenea, “ rem “- ul  ( röentgen equivalent man ).

 

                                                   1 rem = 1 /100 Sv

 

Este de evidentiat faptul ca aparatele de masura cu citire instantanee indica, de fapt, “debitul dozei“, adica variatia in timp “ dD / dt “. Doza precum si echivalentul biologic sunt marimi cumulative in timp si pot fi usor rescrise sub forma:

 

                                                    D = (dD / dt) x t

                                                    H = F (dD / dt) x t

 

unde debitul este o marime proportionala cu fluxul de particole incident. Se evidentiaza, in acest fel, proportionalitatea efectelor biologice cu timpul de expunere.

            Efectul concret este dependent de complexitatea organismului. Pentru exemplificare se dau, mai jos, dozele considerate letale pentru diverse organisme: spori 10 kGy; maci 200 Gy; vertebrate inferioare 10 ÷ 15 Gy; mamifere 6 ¸10 Gy.

            Iradierile ritmice, cu pauze de refacere, sunt mai usor tolerate. Mai jos se exemplifica, pentru cateva valori ale activitatii, doza incasata la diferite distante.

 

Pentru Co60 se calculeaza debitul dozei efective in aer (fara atenuare) la distantele 1m si 6m:

 

Activitatea (mCi)

Activitatea (Bq)

Debitul dozei efective

la 1m (mSv/h)

Debitul dozei efective

La 6m (mSv/h)

10

0.37

0,13

0,004

100

3,7

1,3

0,04

1000

37

13

0,4

 

Pentru personal expus profesional se admite o doza efective de 20mSv pe an. Pentru public, limita acceptata a dozei efective este de 1mSv pe an, ceea ce conduce la 0,025mSv pe saptamana.

 

ABREVIERI FOLOSTE IN LUCRARE

 

BSS – Basic Safty Standards

IAEA – International Agency for Atomic Energy

ICRP – International Commission for Radiation Protection

NRSN – Norme Republicane de Securitate Nucleara

MeV – mega electron Volt

UNSCEAR – United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation

US – NRC – United States – Nuclear Regulatory Commission

WHO – World Health Organization