ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΙΣΟΤΟΠΩΝ Τμήμα Χημικών Μηχανικών Ιωάννα Δ. Αναστασοπούλου Βασιλική Δρίτσα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ 2. ΤΡΙΤΙΟ, ΑΝΘΡΑΚΑΣ-14, ΚΑΛΙΟ-40, ΣΤΡΟΝΤΙΟ-90, ΚΑΙΣΙΟ-137
ΑΔΕΙΑ ΧΡΗΣΗΣ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.
5.2.1 ΤΡΙΤΙΟ ( 3 H) 3 Το τρίτιο είναι το μοναδικό ραδιενεργό ισότοπο του υδρογόνου που με εκπομή ακτίνων β μεταπίπτει σε πυρήνες 3 He. Ο χρόνος ημιζωής του είναι 12,3 χρόνια και αποτελεί κανονικό στοιχείο της ατμόσφαιρας και της βιόσφαιρας. Παράγεται από τις μεταπτώσεις των ραδιονουκλιδίων του εδάφους, καθώς και από την επίδραση των κοσμικών ακτίνων στα άτομα του αζώτου της ατμόσφαιρας. Το τρίτιο αντιδρά ταχύτατα με το οξυγόνο για να σχηματίσει νερό: 3 Η 2 Ο. Το τρίτιο εισέρχεται στον οργανισμό με την αναπνοή, με την κατάποση του νερού (Η 2 Ο) και μέσου του δέρματος. Όταν εισχωρήσει στον οργανισμό μέσου του νερού, τότε η απορρόφηση από τα υγρά του σώματος είναι 100% και διαχέεται σε όλο το σώμα ταχύτατα. Μόλυνση του σώματος των ανθρώπων από ατυχήματα τρίτιου έχει αναφερθεί. Τα συμπτώματα είναι ναυτία, κατάπτωση και αν η συγκέντρωση είναι μεγάλη, οδηγεί στον θάνατο.
5.2.2 ΑΝΘΡΑΚΑΣ-14, 14 14 C 4 Η κοσμική ακτινοβολία μετατρέπει το άζωτο της ατμόσφαιρας σε άνθρακα-14. Η συγκέντρωση του ραδιοϊσοτόπου αυτού με τον άνθρακα-12 βρίσκεται σε ισορροπία στην βιόσφαιρα και υπολογίζεται η σχέση υπολογίζεται ίση προς 7,5±2,7 pci 14 C/gr 12 C. Η συγκέντρωση αυτή ήταν σταθερή για περίπου 15.000 χρόνια πριν από το 1954, οπότε μία θερμοπυρηνική έκρηξη μετέβαλε την σχέση 14 C/gr 12 C. Πιστεύεται ότι ο άνθρακας-14 στην ατμόσφαιρα επικρατεί ως 14 C0 2. Επειδή ο μέσος χρόνος ζωής του άνθρακα-14 είναι 8.000 χρόνια (χρόνος ημιζωής 5.730 χρόνια), γίνεται προφανές ότι η επιπλέον δόση που δεχόμαστε θα επηρεάσει αρκετές γενιές. Η άποψη αυτή ενισχύεται από το γεγονός ότι ο άνθρακας μπορεί εύκολα να εισχωρήσει από την τροπόσφαιρα και στρατόσφαιρα, στους ωκεανούς, το έδαφος και στον διατροφικό κύκλο. Επομένως μέσω της βιόσφαιρας μπορεί να εισέλθει στο ανθρώπινο σώμα και συνεπώς να επηρεάσει τα γονίδια. Ο βιολογικός χρόνος ημιζωής είναι 10 ημέρες για το σώμα και 40 ημέρες αν αποθηκευθεί στο λίπος. Μετρήσεις που έγιναν στο παρελθόν, έδειξαν το 1967 ότι στην τροπόσφαιρα η αύξηση του άνθρακα-14 ανήλθε σε 60% εκείνης που είχε παρατηρηθεί το 1964. Αντίστοιχα η αύξηση του άνθρακα-14 στους ανθρώπινους ιστούς αυξήθηκε το 1964 από 20 σε 30% της τιμής που είχε μετρηθεί το 1950. Ο υπολογισμός της συγκέντρωσης του άνθρακα-14 στην ατμόσφαιρα εμφανίζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, αφού μπορούμε υπολογιστικά να προσδιορίσουμε την πιθανή αύξηση των μεταλλαγμένων γονιδίων. Εκπέμπει ακτίνες β με ενέργεια 0,155 MeV.
5.2.3 ΚΑΛΙΟ-40, 40 Κ 5 Από τα τρία ισότοπα του καλίου μόνο το κάλιο-40 είναι ραδιενεργό, με χρόνο ημιζωής 1,3x10 9 χρόνια. Εκπέμπει ακτίνες β ενέργειας 1,31 MeV κατά 89%, σύλληψη ηλεκτρονίου (EC) 11% και ακτινοβολία γ 11% με ενέργεια 1,46 MeV. Ο βιολογικός χρόνος ημιζωής για όλο το σώμα είναι 58 ημέρες και απορροφάται κυρίως από τους μύες. Ένας άνθρωπος βάρους 70 kg περιέχει περίπου 140 gr καλίου, που είναι συγκεντρωμένο κυρίως, όπως προαναφέρθηκε στους μύες. Από την ειδική δραστικότητα του καλίου υπολογίζεται ότι το κάλιο-40 είναι της τάξεως του 0,1 μci. Η ποσότητα αυτή του καλίου-40 προσθέτει στο σώμα δόση ακτινοβολίας ίση με 20 mrem/χρόνο στους μαλακούς ιστούς και 15 mrem/χρόνο στα οστά. Το θαλασσινό νερό περιέχει 300 pci/lt. Λόγω της αφθονίας του καλίου στην φύση το κάλιο-40 επικρατεί στις τροφές.
5.2.4 ΣΤΡΟΝΤΙΟ-90, 90 Sr 6 Το στρόντιο-90 είναι το πλέον μελετημένο ραδιοϊσότοπο στην τροφική αλυσίδα. Χαρακτηρίζεται με την μονάδα στροντίου (SU) και η οποία εκφράζει τον λόγο 1pCi 90 Sr/gCa. Αυτή η σχέση δηλώνει ότι το ασβέστιο στις τροφές έχει αντικατασταθεί μερικώς από το στρόντιο-90. Η σχέση αυτή είναι χρήσιμη όταν θέλουμε να δούμε τα βιολογικά βήματα του στροντίου-90. Επειδή το στρόντιο-90 δεν είναι ομογενώς κατανεμημένο στο έδαφος δεν μπορούμε να υπολογίσουμε τον λόγο Sr/Ca στις τροφές, από τον λόγο εδάφους, αφού οι ρίζες των φυτών δεν απορροφούν την ίδια ποσότητα. Σε πειραματικές συνθήκες και σε καλά ομογενοποιημένα εδάφη ο λόγος Sr/Ca που υπολογίσθηκε στα φυτά δεν διαφέρει σημαντικά από τον λόγο Sr/Ca που έχουμε στο έδαφος (0,7-0,8).
5.2.4 ΣΤΡΟΝΤΙΟ-90, 90 Sr 7 Ενδιαφέρον παρουσιάζει το ποσοστό του στροντίου που εισέρχεται μέσω της διατροφής στον άνθρωπο. Διαπιστώθηκε ότι αν το στρόντιο-90 λαμβάνεται κατ ευθείαν από τα φυτά τότε ο λόγος στον ανθρώπινο οργανισμό, η σχέση δηλαδή να μεταβολισθεί το στρόντιο-90 έναντι του σταθερού ασβεστίου, είναι 0,25 και 0,025 αν το ασβέστιο λαμβάνεται από το γάλα. Αυτό σημαίνει ότι η αγελάδα κατακρατεί το 90% του στροντίου-90. Ο καθαρός λόγος Sr/Ca στον ανθρώπινο οργανισμό εξαρτάται από το είδος της διατροφής, αν δηλαδή είναι κανείς φυτοφάγος, κρεατοφάγος, αν καταναλώνει αρκετά γαλακτοκομικά προϊόντα, κ.ά. Η λήψη χημικής προέλευσης ασβεστίου μειώνει την πιθανότητα λήψης μέσω της διατροφής στροντίου-90. Επειδή όμως το χημικά παρασκευασμένο ασβέστιο δεν απορροφάται εύκολα από τον οργανισμό δημιουργεί άλλα προβλήματα υγείας. Το στρόντιο έχει χρόνο ημιζωής 28,1 χρόνια και βιολογικό χρόνο ημιζωής 1,8x104 ημέρες στα οστά και 1,3 x104 ημέρες στο υπόλοιπο σώμα. Εκπέμπει ακτίνες β ενέργειας 0,54 MeV.
5.2.5 ΚΑΙΣΙΟ-137, 137 Cs 8 Το καίσιο είναι ένα από τα ραδιονουκλίδια που έχουν μελετηθεί αρκετά επειδή αποτελεί προϊόν της πυρηνικής σχάσης. Από τα 21 ραδιοϊσότοπα του καισίου μόνο το καίσιο-137 και το καίσιο-134 εμφανίζουν μεγάλη επικινδυνότητα. Το καίσιο-137 βρίσκεται στα ανόργανα συστατικά των αργιλικών εδαφών και μπαίνει πιο δύσκολα στην διατροφή μας. Το καίσιο είναι το μεταβολικό ανάλογο του καλίου και κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο το σώμα. Για τον λόγο αυτό μας ενδιαφέρει ο λόγος Cs /Κ. Ο λόγος 137 Cs /Κ στο βιολογικό σύστημα δεν είναι σταθερός, όπως είναι ο λόγος Sr/Ca. Το καίσιο-137 αντικαθιστά εύκολα το κάλιο και ο λόγος 137 Cs /Κ μπορεί με μεγάλη ευκολία να αναστραφεί. Έτσι αν εμπλουτήσουμε τα εδάφη ή την διατροφή μας με σταθερό κάλιο, τότε μειώνεται αρκετά η πιθανότητα ώστε τα φυτά να απορροφήσουν από το έδαφος το καίσιο-137. Μελέτες που έγιναν στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής έδειξαν ότι αν και το γάλα περιέχει τις μεγαλύτερες ποσότητες καισίου- 137, όμως τα δύο τρίτα της ποσότητας το λαμβάνουμε από το κρέας, τα φρούτα, τα λαχανικά και τα δημητριακά.
5.2.5 ΚΑΙΣΙΟ-137, 137 Cs 9 Ο βιολογικός κύκλος του καισίου-137 είναι: Ατμόσφαιρα-έδαφος-φυτά-ζώα-άνθρωπος-έδαφος-ατμόσφαιρα Όταν το καίσιο εισέλθει στον ανθρώπινο οργανισμό το 80 % αποτίθεται στους ιστούς και 8% στα οστά. Ο χρόνος ημιζωής για τον μεταβολισμό του εξαρτάται από το βάρος του ατόμου, το φύλο (άνδρας, γυναίκα) και τις διατροφικές συνήθειες. Έχει διαπιστωθεί ότι για την απομάκρυνση από τον οργανισμό απαιτούνται 110 ημέρες για τους άνδρες, 80 ημέρες για τις γυναίκες και 60 ημέρες για τα παιδιά. Σε νεογέννητα παιδιά η απομάκρυνση είναι περισσότερο εύκολη και ο χρόνος ημιζωής είναι10 ημέρες. Επιβάρυνση του οργανισμού κατά 1pCi/g Κ αυξάνει την ετήσια δόση κατά 0,02 mrad/χρόνο. Το καίσιο-137 έχει φυσικό χρόνο ημιζωής 30 χρόνια και βιολογικό χρόνο για ενήλικες 50-150 ημέρες, ενώ για παιδιά 44 ημέρες. Εκπέμπει ακτίνες β με ενέργεια 1,17 MeV(7%) και 0,51 MeV (92%) και ακτίνες γ με ενέργεια (82%) 0,66 MeV.
ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.