PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

Wilhelm Roentgen w 1895 roku odkrył dziwne promieniowanie. Niewidzialne promienie, które przenikają gęstą materię. Promienie Roentgena emitowane przez wzbudzone atomy przenikają przez tkanki miękkie łatwiej niż przez materiały o dużej gęstości (np.. metalowe przedmioty, kości) i tworzą ich obraz na kliszy.

• Dwa miesiące po odkryciu Roentgena Francuski fizyk Antoine Henri Bequerel zaczął sprawdzać, czy istnieją pierwiastki

s a m o r z u t n i e e m i t u j ą c e

p r o m i e n i o w a n i e . W tym celu owijał papierem płytkę fotograficzną (aby uchronić ją od wpływu światła) i przystawiał do niej kawałki różnych pierwiastków. Promienie X powinny przenikać przez papier i zaczerniać kliszę fotograficzną. Z badanych przez Bequerel’a pierwiastków tylko uran zaczerniał kliszę. Na podstawie swoich obserwacji Bequerel wysnuł wniosek, że

URAN SAM Z SIEBIE !!!

WYSYŁA NIEZNANE PRZENIKLIWE

Od 1897 roku badania nad tajemniczym promieniowaniem niektórych pierwiastków kontynuowali Maria Skłodowska i Piotr Curie

Na podstawie długotrwałych i żmudnych badań małżonkowie Curie wysnuli wniosek, że „dziwne” promieniowanie niektórych pierwiastków nie wynika ze zmiany ich stanów elektronowych a wynika z przemian zachodzących w jądrach atomowych. Tą „dziwną”, nowo odkrytą własność jąder nazwali

W lipcu 1898 małżonkowie Curie opublikowali artykuł w którym donieśli o wyizolowaniu nowego pierwiastka który nazwali POLONEM 26 grudnia 1898 Maria i Piotr Curie ogłosili odkrycie nowego pierwiastka, który nazwali RADEM

za pracę nad

promieniotwórczością

Budowa materii

Pierwiastki promieniotwórcze emitują trzy rodzaje promieniowania

α γ β

Promieniowanie α

Strumień jąder atomów helu

Promieniowanie β

Jądro emituje elektrony e W jądrze neutron zamienia się w proton.

Promieniowanie β

+ Jądro emituje pozytony e (cząstki o ładunku dodatnim , pojedyńczego elektronu) +

p → n + e + + neutrino

Promieniowanie γ

Przenikliwość promieniowania α,β,γ

Czas połowicznego rozpadu T

1/2

• Czas połowicznego rozpadu (zaniku) (okres połowicznego rozpadu) - czas, w ciągu którego liczba nietrwałych obiektów lub stanów zmniejsza się o połowę. Czas ten, oznaczany symbolem T 1/2 , zgodnie z definicją musi spełniać zależność: • gdzie – N(t) – liczba obiektów pozostałych po czasie t, – N 0 – początkowa liczba obiektów.

Atomy tego samego pierwiastka różniące się liczbą neutronów.

Reakcje jądrowe

•

Promieniotwórczość naturalna towarzyszy przemianom jądrowym nietrwałych izotopów pierwiastków występujących w przyrodzie. W 1934 roku Irena i Fryderyk Joliot-Curie zauważyli, że bombardowanie cząstkami α niektórych nie promieniotwórczych pierwiastków powoduje, że przez pewien czas po ustaniu bombardowania pierwiastek staje się źródłem innego promieniowania. Zjawisko to nazwano sztuczną promieniotwórczością

PROMIENIOWANIE

Promieniowanie X

Tomograf komputerowy

Tomogram sześciolatki z podnamiotowym guzem złośliwym Tomogram sześciolatki z podnamiotowym

medulloblastoma

guzem złośliwym

Gamma kamera

do diagnozowania nowotworów u dzieci

przekształcane w obraz na Dzięki temu widać wszelkie zmiany i ogniska zapalne. Można Jeśli wykrywa się tomograf, nie zdejmując Mając dwa obrazy, z gammakamery i tomografu, można perfekcyjnie zlokalizować zapalne w układzie kostnym.

Badanie trwa około 25 minut. mogą oglądać bajki.

Scyntygrafia

• •

Scyntygrafia – obrazowa metoda diagnostyczna, polegająca na wprowadzeniu do farmaceutyków) znakowanych radioizotopami, cyfrowej rejestracji ich rozpadu i graficznym Podstawą tej techniki jest znajomość organizmie. Stosowane w śladowych koncentracjach pełnią one rolę środka Znakowany farmaceutyk dobierany jest tak,

• •

Radioizotop emituje promieniowanie jonizujące (najczęściej gamma), które dzięki wysokiej organizmu pacjenta na zewnątrz jego ciała, gammakamerę.

Komputer połączony z gammakamerą rejestruje obraz przedstawiający rozkład kumulacji ocenę morfologiczną (położenie, wielkość, w tarczycy) narządu

Scyntygram kośćca młodej kobiety

SCYNTYGRAM

SERCA

Strzałki wskazują obszary niedokrwienia

Żywność skażona bakteriami może spowodować ciężkie choroby, bakteriami E-coli czy Salmonelli prowadzą do śmierci wielu ludzi.

Na przykład w USA rocznie umiera ponad 5000 osób na skutek spożycia żywności skażonej. Dlatego uzdatnianie żywności poprzez redukcję zawartości drobnoustrojów chorobotwórczych oraz zapobieganie jej psuciu się poprzez eliminację bakterii czy grzybów ma ogromne znaczenie, szczególnie, jeśli można to robić bez wprowadzania do pożywienia substancji szkodliwych dla zdrowia. Użycie promieniowania jądrowego daje możliwość nie tylko redukcji drobnoustrojów i ich form zarodnikowych w żywności, ale także może zapobiegać kiełkowaniu roślin, przedłużając znacznie okres możliwego składowania np.

ziemniaków, cebuli czy czosnku.

Dlatego w Japonii napromieniowuje się ziemniaki na skalę przemysłową już od 1973 roku. Napromieniowanie pozwala także na znaczące wydłużenie okresu przechowywania owoców, przedłuża ich czas dojrzewania i zapobiega rozwijaniu się muszek owocowych.

Początkowo zaledwie w paru krajach radiacyjnie utrwalano głównie przyprawy. Obecnie niemal na całym świecie, w ten sposób utrwala się praktycznie wszystkie artykuły spożywcze. Należy koniecznie dodać, iż żywność utrwalana tą metodą jest zupełnie zdrowa (tzn. nie jest rakotwórcza, mutagenna ani toksyczna).

Promieniowanie jonizujące:

Zwalcza chorobotwórcze bakterie, pasożyty i pleśnie, Eliminuje drobnoustroje, Zapobiega psuciu się i gniciu, Zapobiega przedwczesnemu dojrzewaniu owoców i warzyw, Wydłuża trwałość produktów, Nie zmienia walorów smakowych produktu (w przeciwieństwie do np. pasteryzacji)

Radiacyjna obróbka ziemniaka w Instytucie Chemii i Fizyki Jądrowej Warszawa - Włochy

W Polsce utrwala się radiacyjnie

Napromieniowanie znacznie obniża zawartość witamin, Zmienia „nieco” skład chemiczny

DATOWANIE RADIOWĘGLOWE

Pierwiastek węgla ma 3 izotopy: radioaktywny izotop węgla 14 promieniotwórczego. Izotop 14 12 C, 13 C, 14 C. Pod wpływem promieniowania kosmicznego w atmosferze Ziemi powstaje C. Ten izotop może być wbudowywany w organizmy żywe (ludzi, rośliny, zwierzęta) ale tylko w trakcie ich życia. Po śmierci ilość tego radioizotopu maleje zgodnie z prawem rozpadu C rozpada się emitując jedną cząstkę promieniowania beta a sam przekształca się w atom azotu. Okres połowicznego rozpadu dla 14 C wynosi 5730 lat. Najczęściej występujący w przyrodzie izotop węgla to 12 C. Określając stosunek 14 C/ 12 C można oszacować jaki czas minął od chwili obumarcia organizmu do chwili pomiaru.

Schemat działania reaktora jądrowego

Rdzeń reaktora:

Pręty paliwowe Moderator Pręty kontrolne Chłodziwo

Schemat reakcji łańcuchowej

Pręty paliwowe

- zawierają materiał rozszczepialny uran, lub dwutlenek uranu, lub izotop plutonu 239 Pu. Polski reaktor badawczy w Świerku pracuje na paliwie uranowym 10% stanowi 235 U, a 90% 238 U. Paliwo zależy od rodzaju reaktora. Może mieć postać stałą (pręty, pastylki z koncentratem), ciekłą lub gazową.

Moderator-

pełni funkcje spowalniacza neutronów. Neutrony będące produktem reakcji rozszczepiania

Pręty kontrolne

– wykonane z materiału na którym neutrony są prawie całkowicie wyhamowywane. Wsuwając i wysuwając pręty kontrolujemy ilość neutronów mogących wywołać potencjalne reakcje rozszczepienia. Pręty wysunięte - reaktor pracuje pełną mocą, pręty wsunięte – reaktor wygaszony.

Najczęściej wykonuje się je z kadmu lub boru.

Chłodziwo

– odbiera energię wyzwalaną podczas reakcji rozszczepienia i przekazuje ją do wymiennika ciepła. Chłodziwem może być zwykła woda.

Pręty kontrolne

Koncentracja elektrowni atomowych na świecie

Koncentracja elektrowni atomowych w Europie

Zalety elektrowni atomowej

         niskie koszty produkcji energii nie wydziela zanieczyszczeń nie emituje CO 2 niskie koszty eksploatacji można produkować jednocześnie energię elektryczną i ciepło do systemów    energii bardzo niskie koszty zewnętrzne niewyczerpalne na rynku paliwa panuje konkurencja (nie ma monopolu jednego producenta/dostawcy) można gromadzić zapasy paliwa na wiele lat długi okres eksploatacji elektrowni (co najmniej 60 lat) ilości odpadów są niewielkie, unieszkodliwiane i łatwo magazynowane, bez wpływu na środowisko

Wady elektrowni atomowej !!!



wysokie nakłady inwestycyjne



długi czas budowy (5 lat )



W razie poważnej awarii duże skażenie środowiska, oraz zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi,



Problem składowania odpadów

Reaktor „MARIA” w Świerku

Radioaktywna chmura z Czarnobyla nad Światem

Radioaktywna chmura nad Polską

Skażenie promieniowaniem radioaktywnym

Skażenie promieniotwórcze – znaczny wzrost aktywności promieniotwórczej przedmiotów, organizmów żywych, budynków i wielkich obszarów, powyżej naturalnego poziomu aktywności promieniotwórczej.

Skażenie promieniotwórcze może powstać na skutek (wg częstości występowania):

niewłaściwego składowania materiałów radioaktywnych, wycieku promieniotwórczego z instalacji jądrowych (zwykle substancji chłodzącej reaktor), emisji radioaktywnych gazów na skutek przegrzania stosu (lub wybuchu) w elektrowni jądrowej, w rezultacie opadania substancji promieniotwórczych z obłoku wybuchu jądrowego po wybuchu bomby jądrowej oraz w wyniku tworzenia się ich pod działaniem neutronów (tzw. promieniotwórczość wzbudzona).

Jednostki charakteryzujące stopień napromieniowania

• 1 Gy (grej) – jednostka dawki pochłoniętej. Dawka pochłonięta wynosi 1 Gy gdy 1kg materii pochłania energię 1 J • 1 Gy/h - moc dawki pochłoniętej – wartość dawki w jednostce czasu • 1 Sv (siwert) – miara (uśredniona) uwzględniająca rodzaj promieniowania oraz rodzaj tkanki – dawka skuteczna Dawka śmiertelna w przypadku człowieka wynosi ok. 3 Sv.

Wpływ promieniowania jonizującego na zdrowie

Dawka (w Sv) 0,05 do 0,2 0,25 do 1,0 Ponad 0,5 1 do 2 2 do 3 Ponad 3 3 do 4 4 do 10 Efekty

Możliwe efekty opóźnione (nowotwory ) i zaburzenia chromozomalne Zmiany we krwi Możliwa chwilowa niepłodność u mężczyzn Wymioty, biegunka, zmniejszenie się odporności na infekcje, możliwe zahamowania rozrostu kości u dzieci Silna choroba popromienna, mdłości, 25% prawdopodobieństwa zejścia śmiertelnego Całkowita niepłodność u kobiet Zniszczenie szpiku i miąższu kostnego, 50% zejścia śmiertelnego Ostra choroba i śmierć (zazwyczaj w ciągu kilku dni) u 80% napromieniowanych

Średnie śmiertelne dawki dla różnych grup taksonomicznych

Ciekawostką jest, że różne organizmy prezentują odmienną odporność na dawki promieniowania.

Bakterie i bezkręgowce są wyjątkowo odporne. Zwierzęta wyższe oraz człowiek prezentują wysoką wrażliwość.

Wrażliwość poszczególnych organów człowieka na promieniowanie

Tkanka limfatyczna Nabłonek jąder Szpik kostny Nabłonek żołądkowo-jelitowy Jajniki Skóra Mózg Mięśnie

Narząd Skóra Śledziona, węzły chłonne, grasica

Uszkodzenie komórek limfatycznych

Szpik

Uszkodzenie komórek krwiotwórczych

Jądra, jajniki Oko Rodzaj zmian Skutki kliniczne

•Rumień, odczyn pęcherzowy, owrzodzenie, martwica; •Zmiany linii papilarnych, suchość i ścieńczenie skóry, rozszerzenie naczyń, przebarwienia, zaburzenia rogowacenia; •Wypadanie włosów •Ostre popromienne zapalenie skóry; •Przewlekłe popromienne zapalenie skóry •Epilacja Zaburzenia spermatogenezy, uszkodzenia oocytów i pęcherzyków Zmętnienie soczewki Limfopenia, zaburzenia odporności Limfopenia, granulocytopenia, niedokrwistość, skaza krwiotoczna Niepłodność (najczęściej przejściowa) Zaćma

Wczesne

(duża dawka w krótkim czasie): ostra choroba popromienna

Późne

(długotrwałe napromieniowanie małymi dawkami): rak, białaczka

Choroba popromienna – ogólna nazwa chorobowych zmian ogólnoustrojowych powodowanych przez promieniowanie jonizujące oddziałujące na całe (lub prawie całe) ciało.

Postać subkliniczna

Pochłonięta dawka: 0,5–2 Gy Objawy: ogólne osłabienie, zmniejszenie ilości limfocytów we krwi obwodowej Śmiertelność u człowieka: 0%

Postać hematologiczna

Pochłonięta dawka: 2–4 Gy Objawy: ogólne osłabienie, zmniejszenie ilości limfocytów we krwi obwodowej występujące kilka dni po napromieniowaniu, później pojawia się niedokrwistość i obniżenie odporności ustroju, niekiedy skaza krwotoczna Śmiertelność u człowieka: do 25% chorych

Postać jelitowa

Pochłonięta dawka: 4–8 Gy Objawy: dominują objawy ze strony przewodu pokarmowego z charakterystycznymi krwawymi biegunkami, skaza krwotoczna Objawy pojawiają się wkrótce po napromieniowaniu, najpóźniej do kilkunastu godzin Śmiertelność u człowieka: 50–100% chorych

Postać mózgowa

Pochłonięta dawka: 8–50 Gy Objawy: drgawki, utrata przytomności wkrótce po napromieniowaniu Śmiertelność: 100%

Postać enzymatyczna

Pochłonięta dawka: powyżej 50 Gy Objawy: utrata przytomności, prawie natychmiastowa śmierć "pod promieniami„ Śmiertelność: 100% napromienionych

Aleksandeer Litwinienko otruty izotopem polonu 210.

• Bomba atomowa czerpie swoją energię z reakcji rozszczepienia ciężkich jąder neutronami. Rozpadające się jądra emitują jądra, wywołując reakcję łańcuchową.

• na wytworzeniu/przekroczeniu w jak ładunku jądrowego.

Z jednego kilograma U-235 można uzyskać do 82 TJ (teradżuli) energii. !!!!

Brudna bomba to określenie na rodzaj broni radiologicznej, której działanie polega na rozrzuceniu materiału radioaktywnego na dużej przestrzeni przy pomocy konwencjonalnych materiałów wybuchowych. Powoduje to skażenie promieniotwórcze terenu. Ze względu na prostotę konstrukcji takiej bomby, istnieje niebezpieczeństwo użycia jej przez organizacje terrorystyczne.

Centrum Hiroszimy przed i po ataku nuklearnym.

Odpady radioaktywne to wszelkiego rodzaju przedmioty, materiały o różnych stanach skupienia, substancje organiczne i nieorganiczne, nie przewidziane do dalszego wykorzystania. Skażone substancjami promieniotwórczymi w stopniu przekraczającym dopuszczalne ilości

Skąd się biorą odpady???

Produkcja paliwa reaktorowego i przerób wypalonego paliwa, Eksploatacja i likwidacja reaktorów energetycznych i badawczych, Stosowanie izotopów w medycynie i badaniach naukowych

Klasyfikacja odpadów według aktywności

I KATEGORIA

Niskoaktywne: m.in. odzież ochronna, sprzęt laboratoryjny i wszystko co uległo skażeniu w zetknięciu z substancją promieniotwórczą.

Średnioaktywne: koncentraty promieniotwórcze, zużyte materiały sorpcyjne, fragmenty konstrukcji urządzeń i instalacji jądrowych.

Wysokoaktywne: wypalone paliwo jądrowe oraz pozostałości po jego przerobie.

Zużyte zamknięte źródła promieniotwórcze.

II KATEGORIA – odpady alfa prom.

III KATEGORIA – zużyte zamknięte źródła prom.

Opakowania typu B

charakteryzują się podwyższoną wytrzymałością mechaniczną i termiczną, ponieważ muszą zapewnić szczelność i osłonność ładunku nawet w razie poważnych wypadków transportowych.

Używane są do przewozu najbardziej radioaktywnych materiałów (wypalone paliwo jądrowe, źródła promieniotwórcze o bardzo dużej aktywności stosowane np. w urządzeniach do telegammaterapii czy wysokoaktywne odpady promieniotwórcze).

Opakowania typu B poddawane są szczególnie surowym testom mechanicznym, termicznym i zanurzeniowym. Poza tym muszą być autoryzowane, czyli muszą uzyskać certyfikat wydany przez właściwe organa dozoru jądrowego i ochrony radiologicznej danego kraju.

Opakowania typu A

Muszą zapewnić szczelność i osłonność ładunku w przypadku mniejszych wypadków transportowych. Poddawane są również testom wytrzymałościowym, ale nie tak surowym jak opakowania typu B; muszą być odporne na deszcz, i ew. upadek z pojazdu.

Zakłada się jednak, że opakowanie może zostać uszkodzone w czasie transportu, a jego zawartość wydostać się na zewnątrz. Przepisy określają więc maksymalną ilość substancji promieniotwórczych, które mogą być przewożone w tego typu opakowaniach. Ryzyko napromienienia lub skażenia - nawet w przypadku uwolnienia takiej substancji do środowiska - jest więc bardzo niewielkie.

Opakowania przemysłowe (IP)

służą do transportu materiałów o niskiej aktywności lub przedmiotów skażonych powierzchniowo. Zawarta w nich mała ilość substancji promieniotwórczych stanowi - w sytuacjach awaryjnych niewielkie zagrożenie dla ludzi i środowiska. Jednakże i ten typ opakowań poddawany jest niektórym testom wytrzymałościowym.

Opakowań tych używa się przede wszystkim do transportu rud radioaktywnych i niskoaktywnych odpadów promieniotwórczych.

Opakowania tzw. wyłączone

Używane są do transportu maleńkich ilości materiałów promieniotwórczych, np. radiofarmaceutyków czy urządzeń zawierających źródła promieniotwórcze o bardzo małej aktywności (izotopowe czujki dymu, przyrządy pomiarowe). Są to m.in.: pudełka kartonowe, pojemniki z tworzyw sztucznych czy metalowe puszki.

Przewóz takich przesyłek odbywa się na znacznie złagodzonych warunkach. Na przykład nie muszą mieć nalepek ostrzegawczych, ale wewnątrz powinna się znajdować informacja o przewożonym materiale.

BARIERY OCHRONNE

1. Chemiczna: trudno rozpuszczalne związki chemiczne izotopów promieniotwórczych, powstające w procesie przerobu i oczyszczania radioaktywnych ścieków. 2. Fizyczna: materiał wiążący / spoiwo / - służy do zestalania lub utrwalania odpadów. Proces ten polega na zmieszaniu zatężonych już odpadów / koncentratów / ze spoiwem i nadaniu im formy stabilnego ciała stałego. Zapobiega to rozsypaniu, rozproszeniu, rozpyleniu i wymywaniu substancji promieniotwórczych. Najczęściej stosowane spoiwa to: asfalt, cement i tworzywa sztuczne.

3. I inżynierska: opakowanie / stalowy bęben lub betonowy pojemnik / zabezpiecza odpady przed uszkodzeniami mechanicznymi i kontaktem z wodą. Stanowi również osłonę 4. II inżynierska: betonowa konstrukcja składowiska oraz impregnująca warstwa bitumiczna- chroni pojemnik z odpadami przed wpływem opadów atmosferycznych, wilgocią i korozją 5. Naturalna: struktura geologiczna terenu, na którym asejsmiczny, niezatapialny i wyłączony z działalności gospodarczej. Jest to bardzo ważne, ponieważ właściwa struktura geologiczna i warunki hydrogeologiczne uniemożliwiają migrację radionuklidów, zapobiegają ich rozprzestrzenianiu w glebie oraz przenikaniu substancji promieniotwórczych do wód gruntowych i powierzchniowych.

SKŁADOWANIE ODPADÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH W POLSCE

• •

W Polsce odpady umieszcza się w płytkim składowisku podziemnym. Takie składowisko jest w Różanie na Odpady alfa składuje się w bunkrach o grubych betonowych ścianach.

•

Na terenie składowiska nieustannie ( trawy, gleby, wód gruntowych, wody w pobliskiej Narwi). Punktem odniesienia jest oddalona o 100 km Góra Kalwaria. okolicy składowiska nie przekroczył