Pokaż spis treści
Wróć do informacji o e-podręczniku

Promieniowania nie da się uniknąć. W przyrodzie istnieje promieniowanie naturalne, którego źródłami są przede wszystkim izotopy ulegające samorzutnemu rozpadowi (np. polon, radon, frans, rad, aktyn). Jednak źródłem tego promieniowania jest także wiele materiałów obecnych m.in. w ścianach domów, pokarmie, wodzie czy powietrzu. Inne jego źródła to np. banan, mleko, 5‑letnie dziecko czy też osoba dorosła. Nie musisz się jednak martwić – zwykła dawka takiego promieniowania nie jest groźna dla ludzi.

Źródło: Martinlisner (https://pl.fotolia.com), .
Już wiesz
  • w jaki sposób oznacza się niebezpieczne substancje;

  • co może byc przyczyną awarii i katastrof;

  • jakie są ogólne skutki lekceważenia zagrożeń.

Nauczysz się
  • charakteryzować zjawisko promieniotwórczości;

  • wymieniać rodzaje promieniotwórczości;

  • rozpoznawać zagrożenia wynikające z nadmiernego promieniowania;

  • opisywać typowe reakcje organizmów żywych na napromieniowanie.

1. Promieniotwórczość oraz rodzaje źródeł promieniowania

Promieniotwórczość jest zjawiskiem samoistnej przemiany jednych jąder atomowych w inne – jest to ich zdolność do rozpadu promieniotwórczego.

Ciekawostka

Kto pierwszy zaobserwował, że niektóre pierwiastki świecą w ciemności?

Francuski chemik i fizyk Antoine Henri Becquerel (czyt. antła ąri bekerel) jako pierwszy zaobserwował, że związki uranu świecą w ciemności i są w stanie zaczernić kliszę fotograficzną. To również on jako pierwszy założył, że uran wysyła nieznane wcześniej, niewidoczne promieniowanie. Później małżeństwo Maria Skłodowska‑Curie oraz Piotr Curie (czyt. kiri) ustalili, że polon i rad również wysyłają takie promieniowanie. Wszyscy troje w 1903 r. otrzymali Nagrodę Nobla za badania nad promieniotwórczością.

Wyróżnia się dwa rodzaje promieniotwórczości – naturalnąsztuczną.

Rodzaje promieniotwórczości

Promieniotwórczość naturalna

Promieniotwórczość sztuczna

Zjawisko promieniotwórczości, które normalnie i stale istnieje na Ziemi, jest niezależne od działalności człowieka. Promieniowanie naturalne pochodzi od pierwiastków radioaktywnych obecnych w przyrodzie i najbliższym otoczeniu człowieka – glebie, skałach, powietrzu i wodzie. Promieniotwórczość naturalna została odkryta przez A. H. Becquerela, co stanowiło niezwykle istotny krok w rozwoju fizyki. Dokładnego zbadania promieniowania naturalnego podjęli się Maria Skłodowska‑Curie i jej mąż P. Curie, którzy odkryli pierwiastki rad i polon oraz rozwinęli teorię promieniotwórczości.

Promieniotwórczość izotopów niewystępujących w naturalnym środowisku Ziemi. Tego rodzaju zjawisko może wytwarzać również aparatura skonstruowana przez człowieka (np. aparatura rentgenowska). W 1934 r. Irena Joliot‑Curie (córka państwa Curie) i jej mąż Fryderyk odkryli promieniotwórczość sztuczną, przeprowadzając doświadczenie polegające na bombardowaniu atomów glinu jądrami helu. W wyniku tego działania powstały atomy fosforu.

Ciekawostka

Czym jest promieniowanie kosmiczne?

Promieniowanie kosmiczne jest jednym z rodzajów promieniotwórczości naturalnej i dzieli się na promieniowanie pierwotne oraz wtórne. Pierwotne promieniowanie kosmiczne pada na zewnętrzne warstwy atmosfery Ziemi z prędkością bliską prędkości światła. Zderzenia cząstek promieniowania pierwotnego z jądrami gazów atmosferycznych powodują powstawanie promieniowania kosmicznego wtórnego, które jest strumieniem wysokoenergetycznych elektronów, protonów, mionów i fotonów.

Od rodzajów promieniotwórczości należy odróżnić rodzaje promieniowania, które charakteryzuje poniższa animacja.

Film rozpoczyna ujęcie planszy z trzema żółtymi, ustawionymi jeden nad drugim prostokątami oznaczonymi greckimi literami alfa, beta i gamma. Towarzyszą im rysunki elementów charakterystycznych dla tych rodzajów promieniowania, czyli kolejno: czterech kulek symbolizujących jądro atomu helu, pojedynczej czerwonej kulki symbolizującej elektron, oraz fali. Demonstracja rozpoczyna się od omówienia cząstek alfa od których wychodzi niebieska strzałka najpierw do wyciągniętej dłoni, a następnie do kartki papieru. Kartka papieru pozostaje na ekranie i pojawia się druga niebieska strzałka wychodząca z pola cząstek beta. Przechodzi przez papier i zatrzymuje się na rysunku miedzianej blachy. Na koniec pojawia się trzecia niebieska strzałka wychodząca z pola cząstek gamma, przechodzi przez papier i blachę, a zatrzymuje się na trzeciej przeszkodzie, bloku betonu.

Biorąc pod uwagę podział promieniotwórczości, można wyróżnić odpowiednie źródła promieniowania. Jak już wspomniano, promieniowanie naturalne pochodzi od pierwiastków radioaktywnych obecnych w przyrodzie i najbliższym otoczeniu człowieka. Można je znaleźć w glebie, skałach, powietrzu i wodzie. Jego źródłem jest też człowiek (niezależnie od wieku), a także codziennie spożywane pokarmy (np. owoce i warzywa). Źródłem promieniowania sztucznego są najczęściej różnego rodzaju urządzenia, takie jak stosowane w medycynie aparaty rentgenowskie, akceleratory cząstek (stosowane w radioterapii) oraz reaktory jądrowe, wykorzystywane w elektrowniach atomowych (na poniższym zdjęciu).

Źródło: Stefan Kühn (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. Reaktory jądrowe wykorzystywane w elektrowniach atomowych są źródłem promieniowania sztucznego

2. Wojenne zastosowanie energii atomowej

Nieregularnym źródłem promieniowania w przeszłości były wybuchy bomb jądrowych, które stanowią przykład wojennego zastosowania energii jądrowej. Bomb atomowych użyto w walce dwukrotnie podczas II wojny światowej. Stany Zjednoczone zrzuciły je na dwa japońskie miasta: 6 sierpnia 1945 r. na Hiroszimę, a 9 sierpnia na Nagasaki. W wyniku tych ataków śmierć poniosło ponad 100 tysięcy osób, a od tego czasu bomby jądrowe były jedynie testowane przez mocarstwa atomowe na poligonach w różnych zakątkach świata. Warto zaznaczyć, że wybuch bomby atomowej, prócz silnej dawki promieniowania, uwalnia również inne czynniki rażenia, które można podzielić zbiorczo na natychmiastowe (pojawiające się w ciągu 1 min po wybuchu) oraz późne. Do pierwszej z wymienionych kategorii zalicza się: błysk, falę uderzeniową, promieniowanie cieplne (kulę ognia i impuls cieplny), impuls elektromagnetyczny oraz promieniowanie przenikliwe. Natomiast do drugiej kategorii – promieniowanie wzbudzone, opad radioaktywny oraz deszcz radioaktywny.

Polecenie 1

Obejrzyj oba filmy i odpowiedz, jakie czynniki rażenia można na nich dostrzec.

Seek
Volume
Toggle fullscreen

    Nieregularne źródło promieniowania związane z bronią nuklearną stanowią również jej testy. Test broni jądrowej jest przeprowadzany w celu określenia jej skuteczności i wydajności. Taki eksperyment może dostarczyć informacji o działaniu tego rodzaju broni w różnych warunkach. Ponadto daje on również możliwość przeszkolenia personelu oraz sprawdzenia sprzętu.

    Od pierwszego ataku z wykorzystaniem bomby atomowej w 1945 r. miało miejsce ok. 2000 próbnych wybuchów jądrowych, przeprowadzonych głównie przez dwa mocarstwa – Stany Zjednoczone i ZSRR, pozostające ze sobą w stanie tzw. zimnej wojny. Należy jednak zaznaczyć, że testy jądrowe stanowią istotny element procesu tworzenia tego rodzaju broni, stąd też były one przeprowadzane przez prawie wszystkie kraje nią dysponujące. Oprócz USA i Rosji (spadkobiercy ZSRR) zalicza się do nich również: Wielką Brytanię, Francję, Chiny, Indie, Pakistan, Koreę Północną oraz Izrael (Izrael dysponuje bronią jądrową, jednak nigdy oficjalnie nie przeprowadził jej testów).

    Ciekawostka

    Skąd wiadomo, jak broń atomowa oddziaływała na ludność?

    Niektóre kraje łączyły próby broni jądrowej z testami jej oddziaływania na ludzi. W trakcie zimnej wojny Związek Radziecki przeprowadzał je m.in. na poligonach w miejscowości Tockoje, Semipałatyńsku i Nowej Ziemi. Do testów angażowano z reguły żołnierzy ze specjalnych, tajnych jednostek wojskowych i więźniów gułagów. Natomiast Stany Zjednoczone wykonywały próby polegające najczęściej na umieszczaniu żołnierzy w niewielkich odległościach od epicentrum, w płytkich okopach oraz organizowaniu ich przemarszu przez strefę 0 w kilkanaście minut po wybuchu. Francja i Wielka Brytania natomiast wykorzystywały do testów atomowych wyspy i atole znajdujące się w pobliżu ich poligonów na Pacyfiku. W wyniku eksperymentów doprowadzono nie tylko do nieodwracalnych zmian w środowisku, ale również narażono życie i zdrowie mieszkańców tych terytoriów.

    Ze względu na zagrożenia wiążące się z testami atomowymi, 10 września 1996 r. Zgromadzenie Ogólne ONZ przyjęło traktat o całkowitym zakazie prób z bronią jądrową (CTBT). Jednak nie wszedł on w życie, gdyż jego tekst nie został ratyfikowany przez wszystkie państwa w nim wymienione.

    3. Pokojowe zastosowanie energii atomowej – elektrownie jądrowe

    Pokojowe zastosowanie energii atomowej polega przede wszystkim na jej wykorzystaniu w elektrowniach jądrowych. Wiele osób jest sceptycznie nastawionych do tego rodzaju źródła energii, gdyż obawia się katastrof związanych z awariami reaktorów. Należy jednak pamiętać, że nie każda awaria elektrowni musi oznaczać katastrofę. Historia zna tylko dwa bardzo poważne w skutkach wydarzenia tego rodzaju. Pierwsze miało miejsce 26 kwietnia 1986 r. w Czarnobylu (Ukraina), kiedy to w wyniku błędu operatorów doszło do przegrzania reaktora. Wskutek tego nastąpił wybuch wodoru, pożar oraz rozprzestrzenienie substancji promieniotwórczych. Wówczas skażeniu uległ obszar od 125 000 do 146 000 km² pogranicza Białorusi, Ukrainy i Rosji, a wyemitowana z uszkodzonego reaktora chmura radioaktywna rozprzestrzeniła się po całej Europie. W efekcie skażenia ewakuowano i przesiedlono ponad 350 000 osób.
    Druga katastrofa wydarzyła się w 2011 r. w elektrowni jądrowej Fukushima (Japonia), a była ona spowodowana tsunami wywołanym trzęsieniem ziemi u wybrzeży wyspy Honsiu. Awarie elektrowni w Czarnobylu oraz w Fukushimie zostały sklasyfikowane na 7. (najwyższym) poziomie w skali INES, którą wykorzystuje się do zobrazowania zagrożenia i skutków dla ludności. Ponad 99% wszystkich zdarzeń w elektrowniach jądrowych klasyfikuje się na poziomie 0 („Odstępstwo”), 1 („Anomalia”) i 2 („Incydent”), a więc jako niewpływające na bezpieczeństwo ludności (por. ilustracja 9). Awarie elektrowni w Czarnobylu i Fukushimie to jedyne awarie, które w okresie ostatnich 50 lat zostały sklasyfikowane na poziomie 7.

    Źródło: Andrzej Bogusz, licencja: CC BY 3.0. Nie każda awaria elektrowni jądrowej oznacza katastrofę. Skala INES służy do określania, z jak poważną awarią mamy do czynienia

    Należy pamiętać, że wielkie katastrofy, takie jak w Czarnobylu i Fukushimie, zdarzają się na świecie bardzo rzadko. W związku z tym duża liczba krajów korzysta z elektrowni atomowych, aby zapewnić sobie stałe oraz relatywnie tanie i bezpieczne źródło energii elektrycznej. Na poniższej mapie zaznaczono państwa, na których terenie znajdują się elektrownie jądrowe (ilustracja 3.).

    Źródło: Anita Mowczan, licencja: CC BY 3.0. Większość państw sąsiadujących z Polską już od wielu lat posiada elektrownie jądrowe

    Funkcjonowanie elektrowni atomowych daje społeczeństwu wiele korzyści, do których zalicza się:

    • zagwarantowanie dostaw energii dla dużej liczby ludności,

    • brak emisji szkodliwych pyłów i gazów (co skutkuje ograniczeniem degradacji środowiska),

    • ograniczenie eksploatacji paliw kopalnych (np. węgla kamiennego i brunatnego),

    • zmniejszenie ilości odpadów oraz powierzchni ich składowania (co niestety powoduje problem ze składowaniem stosunkowo niewielkiej liczby radioaktywnych odpadów, które są źródłem promieniowania zagrażającego nie tylko ludziom, ale również środowisku).

    Ze względu na wymienione wyżej korzyści w Polsce już od dawna dąży się do wybudowania takiej elektrowni. W roku 1982 w miejscu zlikwidowanej wsi Kartoszyno nad Jeziorem Żarnowieckim rozpoczęto budowę Elektrowni Jądrowej Żarnowiec. W zamyśle władz polskich, miała ona stanowić pierwszy krok w realizacji polskiego programu energetyki jądrowej, który obejmował jeszcze wybudowanie Elektrowni Jądrowej „Warta” w miejscowości Klempicz w województwie wielkopolskim. Zmieniające się warunki polityczne oraz długotrwałe protesty (które wzmogły się szczególnie po awarii w Czarnobylu) spowodowały wstrzymanie budowy. Koncepcja powrotu do energetyki jądrowej pojawiła się oficjalnie w 2005 r., kiedy to Rada Ministrów uchwaliła dokument „Polityka Energetyczna Polski do 2025 r.”. Od tamtej pory każde z kolejnych rozporządzeń projektujących polską politykę energetyczną zakłada prace nad budową takiej elektrowni.
    Warto wspomnieć również o tym, że w styczniu 2007 r. powołano specjalną komisję sejmową ds. energetyki jądrowej. Ponadto Polska Grupa Energetyczna S.A. wytypowała w 2011 r. trzy potencjalne lokalizacje pierwszej elektrowni jądrowej. Są to miejscowości: Żarnowiec (powiat pucki), wieś Gąski (powiat koszaliński) oraz wieś Choczewo (powiat wejherowski).

    4. Zagrożenia wynikające z nadmiernego napromieniowania

    Choć promieniowania nie można uniknąć, to jednak jego zbyt duża dawka, przekraczająca 200 mSv pochłoniętych jednorazowo, ma szkodliwy wpływ na organizmy żywe (zarówno na ludzi, jak i na zwierzęta). Często może prowadzić do zmian w funkcjonowaniu komórek oraz w materiale genetycznym. Nie wszystkie przemiany w budowie i funkcjonowaniu materiału genetycznego ujawniają się od razu. Skutki przyjęcia zbyt dużej dawki promieniowania są widoczne czasami po dłuższym okresie, nawet po wielu latach. Wówczas mamy do czynienia z tzw. zmianami późnymi.

    Biologiczne skutki związane z napromieniowaniem można podzielić na dwie grupy.

    • Somatyczne – występujące bezpośrednio po napromieniowaniu organizmu. Należą do nich: złe samopoczucie, mdłości, wyczerpanie, wymioty, biegunka i w ekstremalnym przypadku śmierć. W dłuższej perspektywie bezpośrednimi skutkami napromieniowania są: białaczka, nowotwory złośliwe kości i skóry, zaćma, zaburzenia przewodu pokarmowego, bezpłodność.

    • Genetyczne – związane z mutacjami materiału genetycznego (DNA). Skutki oddziaływania małych dawek promieniowania (pochłoniętych jednorazowo) ujawniają się w postaci zmutowanych organizmów dopiero w kolejnych pokoleniach. Z kolei duże dawki skutkują najczęściej prawie natychmiastową śmiercią.

    Z efektami pochłonięcia konkretnych dawek promieniowania można się zapoznać dzięki poniższej aplikacji.

    Również napromieniowane pożywienie może być przyczyną wielu chorób, ponieważ żywność i woda wystawione na działanie radiacji, same stają się substancjami promieniotwórczymi. W wyniku napromieniowania nie ulegają zmianie smak, zapach ani wygląd pożywienia, przez co rozpoznanie skażonej żywności jest bardzo trudne. Używa się do tego specjalistycznych przyrządów, takich jak licznik Geigera. Również odkażanie skażonej wody oraz żywności jest w warunkach domowych praktycznie niemożliwe, dlatego istotną rolę odgrywa tu odpowiednie zabezpieczenie i przechowywanie, o czym więcej można przeczytać i2eM07Rq1Ytutaj.

    Ciekawostka

    Czym jest choroba popromienna?

    Chorobowe zmiany zachodzące w organizmie człowieka wskutek oddziaływania promieniowania na całe (lub prawie całe) ciało są ogólnie nazywane chorobą popromienną. Tym mianem nie określa się miejscowych skutków oddziaływania promieniowania, takich jak oparzenia czy martwica tkanek.

    Polecenie 2

    Promieniotwórczość stanowi nie tylko zagrożenie dla organizmów żywych. Zjawisko to, wykorzystane we właściwy sposób, może dać również wiele dobrego. Znajdź w Internecie i innych źródłach informacje na temat korzystnych skutków zjawiska promieniotwórczości.

    Podsumowanie

    • Promieniotwórczość dzielimy na naturalnąsztuczną.

    • Energia atomowa może być wykorzystana do celów pokojowychwojennych.

    • Polska rozpoczęła prace nad wybudowaniem elektrowni atomowej w latach 80. XX w., jednak zaprzestano ich w roku 1990. Do pomysłu tego powrócono w 2005 r. – otwarcie pierwszej polskiej elektrowni atomowej planuje się na rok 2024.

    • Choć promieniowania nie można uniknąć, to tylko jego zbyt duża dawka, przekraczająca 200 mSv pochłoniętych jednorazowo, ma szkodliwy wpływ na organizmy żywe.

    • Ogólnie skutki związane z napromieniowaniem można podzielić na dwie grupy – somatycznegenetyczne.

    Praca domowa
    Polecenie 3.1

    Na poniższej mapie zaznaczono elektrownie atomowe znajdujące się w pobliżu Polski, wraz z ich odległością od granicy oraz mocą. Na podstawie informacji zdobytych w czasie lekcji oraz znalezionych w innych źródłach spróbuj przewidzieć skutki dla Polski awarii (6 lub 7 w skali INES) w jednej z pobliskich elektrowni.

    Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., Alexrk2 (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0.
    Polecenie 3.2

    Odszukaj w Internecie więcej informacji nt. polskiego programu budowy elektrowni atomowej i opisz podejmowane w związku z tym działania.

    Słowniczek

    Źródło: Unknown, OsamaK (http://commons.wikimedia.org), edycja: Aleksandra Ryczkowska, .

    Maria Salomea Skłodowska-Curie

    Maria Skłodowska‑Curie urodziła się w Warszawie, w 1891 r. wyjechała do Paryża, aby podjąć studia na Sorbonie. Wraz z mężem Pierre'em Curie opracowali teorię promieniotwórczości, techniki rozdzielania izotopów promieniotwórczych. Odkryła dwa nowe pierwiastki – rad i polon. Została dwukrotnie wyróżniona Nagrodą Nobla: w 1903 r. – w dziedzinie fizyki oraz w 1911 r. – w dziedzinie chemii.

    Definicja: licznik Geigera

    urządzenie opracowane w 1928 r. służące do detekcji (wykrywania) promieniowania jądrowego

    Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., THOR's hammer and Geiger counter (https://www.flickr.com), licencja: CC BY 2.0.
    Definicja: promieniotwórczość

    zjawisko samoistnej przemiany jednych jąder atomowych w jądra innego rodzaju, połączona z emisją cząstek alfa, beta oraz gamma

    Definicja: siwert (Sv)

    jednostka pomiaru dawki równoważnej umożliwiająca ocenę skutku biologicznego narażenia radiacyjnego organizmu żywego

    Zadania

    Ćwiczenie 1
    Ćwiczenie 2
    Ćwiczenie 3
    Ćwiczenie 4
    Ćwiczenie 5