Poznaj atom

Egzotyczne plaże i promieniowanie

Piątek 05 października 2012

Rzadko myślimy o tym, że substancje promieniotwórcze są wszędzie wokół nas i ciągle podlegamy ich wpływowi. Ta wszechobecność promieniowania skutkuje istnieniem tzw. tła promieniowania przenikliwego, czyli sumarycznego pola promieniowania pochodzącego od substancji radioaktywnych zawartych w śladowych ilościach w glebie, wodzie, skałach, roślinach, żywności, powietrzu a nawet w nas samych oraz promieniowania docierającego do nas z przestrzeni kosmicznej.

Życie od swoich początków ciągle toczyło się i rozwijało w obecności tego tła. Jak duże ono jest? Spróbujmy zobrazować to w ten sposób: przeczytanie tego tekstu zajmuje około dwie minuty. W tym czasie przez nasze ciała, Drogi Czytelniku, przeleci ponad dziesięć tysięcy mionów (przyp. 1) promieniowania kosmicznego. Jednocześnie zajdzie w nim też wiele innych procesów interesujących dla fizyka jądrowego. Rozpadnie się ponad trzysta tysięcy atomów radioaktywnego naturalnego izotopu potasu (K-40.) W tych rozpadach wyemitowane zostanie ponad trzydzieści tysięcy kwantów promieniowania gamma o energii 1,46 MeV każdy. Fotony te będą jonizować materię, tworzyć pary elektron - pozyton, które potem będą anihilować (przyp. 2). Wyemitowane zostaną liczne wysokoenergetyczne elektrony jonizujące nasze tkanki. Ponadto nastąpi też blisko 200 000 rozpadów innego powszechnego radioizotopu – węgla C-14. W każdym takim rozpadzie wyemitowany zostanie jonizujący materię elektron. W płucach będzie rozpadał się też naturalny, radioaktywny, radon i jego pochodne, a ciało przecinać będą bez ustanku kwanty promieniowania gamma emitowane z całego otoczenia: z gleby, skał a nawet materiałów budowlanych i powietrza. Wszystkie te cząstki zdeponują w naszym ciele pewną energię. Jak duży jest wpływ istnienia tła promieniowania na życie? Energia pochłonięta w danej masie to dawka. Przeciętny Polak otrzymuje rocznie od naturalnego tła promieniowania dawkę wynoszącą 2,7 mSv. To blisko 3 razy tyle, ile przeciętnie otrzymujemy w ciągu roku, poddając się różnym badaniom medycznym. Prawie połowę dawki od tła, otrzymujemy od wdychania radonu, Warto może wspomnieć, że od sztucznych substancji radioaktywnych znajdujących się w środowisku po katastrofie czarnobylskiej i po wcześniejszych atmosferycznych testach broni jądrowej otrzymamy tylko niecały 1% dawki rocznej od tła naturalnego, czyli około 0,02 Sv.

Tło jakie otrzymujemy od zewnętrznego promieniowania zależy głównie od budowy geologicznej terenu i od wysokości nad poziomem morza. W Polsce typowo otrzymujemy w każdej godzinie około 50 nSv od zewnętrznego promieniowania gamma emitowanego przez naturalne substancje radioaktywne wokół nas i około 30 nSv od promieniowania kosmicznego. Wypoczywając w ferie zimowe w górach, otrzymamy większą dawkę od tła: w skałach otaczających nas gór może być więcej substancji radioaktywnych niż w typowej nizinnej glebie, ale co ważniejsze, ze względu na wyższe położenie otrzymamy większą dawkę od promieniowania kosmicznego. Odwrotnie, nad morzem otrzymamy mniej, bo jesteśmy niżej i piasek kwarcowy zawiera stosunkowo niewiele substancji radioaktywnych. Jednak piasek może zawierać inne minerały, tzw. ciężkie piaski np. z dużą ilością monacytu zawierającego znaczące ilości uranu i toru. Takie plaże można spotkać w Australii, Indiach, Brazylii czy na Cejlonie. Moce dawki (moc dawki to wielkość dawki otrzymywana w jednostce czasu) na takich plażach są nawet stukrotnie wyższe niż na zwykłym piasku!

Polska, pod względem tła naturalnego, nie ma dużego zróżnicowania: największe naturalnie występujące moce dawek ,,przekraczające 70 nSv/h, występują na terenach górzystych, zwłaszcza w Sudetach. Jednak paradoksalnie, miejscami o najwyższych mocach dawek w Polsce są małe obszary, na których wystąpiły skażenia radioaktywne na skutek wydobywania…zwykłego węgla kamiennego dla potrzeb energetyki konwencjonalnej! Woda wydobywana celem odwodnienia kopalń zawiera izotopy radu: Ra-226 i Ra-228. Na powierzchni, po zetknięciu się z wodami zawierającymi siarczany, rad wraz ze stabilnym barem wytrąca się z wody tworząc radioaktywne osady siarczanu barowo-radowego. Najwyższe moce dawek zmierzone w środowisku w Polsce, to właśnie dawki w pobliżu takich odstojników, sięgają one blisko stukrotnie wyższych wartości niż przeciętne tło w Polsce.

Przyp. 1: Mion to naładowana lekka cząstka elementarna (lepton), pod wieloma względami bardzo zbliżona do elektronu od którego różni się jednak masą: jest około 200 razy cięższa. Obserwowane na powierzchni ziemi miony należą do tzw. wtórnego promieniowania kosmicznego: powstają w atmosferze na skutek oddziaływania cząstek pierwotnego promieniowania z jadrami atomowymi gazów atmosferycznych. Strumień mionów docierających do poziomu morza wynosi około 100 cząstek na sekundę na m2. Przyjmując powierzchnię ciała człowieka równą niewiele ponad 1 m2 otrzymujemy co najmniej 10 tys. mionów ciągu 2 minut.

Przyp. 2: Anihilacja to proces zamiany pary: cząstka i jej antycząstka (tu: elektron i pozyton) w dwa kwanty promieniowania gamma (fotony). Jeśli proces anihilacji takiej pary zachodzi dla cząstek znajdujących się już praktycznie w spoczynku energia (E) każdego z powstających kwantów gamma związana jest z masą elektronu (m) znanym równaniem Einsteina E=mc2.

prof. dr hab. Jerzy W. Mietelski
Więcej informacji nt. autora

Facebook