ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΙΣΟΤΟΠΩΝ Τμήμα Χημικών Μηχανικών ΠΡΟΛΟΓΟΣ Ιωάννα Δ. Αναστασοπούλου Βασιλική Δρίτσα
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.
3 Η χρήση των ραδιενεργών υλικών πριν την ανακάλυψη του φαινομένου της ραδιενέργειας ήταν αρκετά διαδεδομένη. Προκειμένου να αξιοποιηθούν οι ιδιότητες της λάμπας αερίου Welsbach (1885) χρησιμοποιούσαν μίγμα θορίου και δημητρίου, το οποίο αύξανε τον φωσφορισμό. Μέχρι τα μέσα του 19 ου αιώνα η χρήση ραδιοϊσοτόπων για λόγους υγείας ήταν πολύ διαδεδομένη. Πώς επικράτησε η συνήθεια αυτή στον πληθυσμό δεν είναι γνωστό, πάντως ανάγεται στην Ρωμαϊκή εποχή. Ακόμη μέχρι και σήμερα πιστεύεται ότι οι ραδιενεργές φυσικές πηγές θεραπεύουν τα αρθριτικά ή την γενικότερη αδυναμία. Στην Αυστρία, αλλά και σε άλλα μέρη του κόσμου, όπου υπάρχουν πηγές που εκπέμπουν ραδόνιο έλκουν τους τουρίστες για θεραπευτικούς σκοπούς. Στο Σχ. 1 φαίνεται συσκευή, την οποία χρησιμοποιούσαν για την διοχέτευση ραδιενεργών ισοτόπων στο νερό. Μετά την ανάλυση των μεταλλικών νερών διαπιστώθηκε ότι μερικές φυσικές πηγές είχαν υπερβολικά υψηλή περιεκτικότητα σε ραδιοϊσότοπα.
4 Στο Σχ. 2 φαίνεται έμπλαστρο από ραδιενεργό υλικό που χρησιμοποιούσαν να αντιμετωπίσουν διάφορους πόνους. Από το 1920 μέχρι περίπου το 1940 αντιμετώπιζαν διάφορες ασθένειες με ενέσεις ραδίου, οπότε διαπιστώθηκε ότι οι ασθενείς αποκτούσαν καρκίνο των οστών και διακόπηκε η χρήση τους. Διάφορα μίγματα φθορίου και οξειδίων του ουρανίου χρησιμοποιήθηκαν για να δώσουν χαρακτηριστικό πορτοκαλί χρώμα στα κεραμικά. Χιλιάδες ωρολόγια έφεραν για φθορίζουσα ουσία άλατα του ουρανίου. Μάλιστα η χρήση τους σταμάτησε μετά τον Β Παγκόσμιο Πόλεμο. Οι εργάτες εξόρυξης βαρέων μετάλλων κυρίως στην Κεντρική Ευρώπη, λόγω της υψηλής ραδιενέργειας των μεταλλευμάτων συνήθως πέθαιναν από καρκίνο του πνεύμονα, χωρίς να είναι γνωστό το αίτιο. Επίσης σε πολλούς εργάτες που χρησιμοποιούσαν χρώματα ουρανίου εμφανίστηκε απλαστική αναιμία και σάρκωμα.
5 Η Ραδιοχημεία πραγματεύεται τα χημικά φαινόμενα που προκαλούνται από τα δραστικά σωματίδια που παράγονται κατά τις μεταπτώσεις των ραδιενεργών στοιχείων. Τα παραγόμενα δραστικά σωματίδια έχουν υψηλή κινητική ενέργεια η οποία είναι αρκετά μεγαλύτερη από την θερμική ενέργεια των ατόμων ή των μορίων που τα περιβάλλουν. Για το λόγο αυτόν καλούνται θερμά άτομα και τα χημικά φαινόμενα που προκαλούν χημεία θερμών ατόμων. Η ραδιοχημεία μελετά τις αντιδράσεις όπου τα προϊόντα είναι ισοτοπικά ως προς το μητρικό άτομο. Στην περίπτωση αυτή αναφέρονται αντιδράσεις απώλειας ή λήψης νετρονίου, όπως αντιδράσεις (n,γ), (n,2n) και (n,γ). Επίσης συμπεριλαμβάνει μη ισοτοπικές αντιδράσεις, οι οποίες προκαλούνται από την ανταλλαγή φορτισμένων σωματιδίων, όπως αντιδράσεις (p,n) και (ρ,α) 1. Στις ραδιοχημικές αντιδράσεις συμπεριλαμβάνονται οι αντιδράσεις αυθόρμητης σχάσης, α-διάσπασης, β-διάσπασης, γ-διάσπασης, ισομερούς μετάπτωσης, σύλληψης ηλεκτρονίων. Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου πολέμου η πυρηνική ενέργεια αποσπά το σύνολο του ενδιαφέροντος του επιστημονικού κόσμου (Σχήμα 1.3) και σχηματίσθηκε και η πρώτη Επιτροπή Ενέργειας (DOE, Department of Energy). Το 1954 σχηματίζεται η Ατομική Επιτροπή Ενέργειας (AEC, Atomic Energy Commission) για να ελέγξει την χρήση και παραγωγή ατομικής ενέργειας στις ΗΠΑ. ¹ p, n, α, και γ πρωτόνιο, νετρόνιο, ακτίνες α και γ, αντίστοιχα
6 Μετά τον Β' Παγκόσμιο πόλεμο, και κυρίως μετά τη ρίψη των ατομικών βομβών στη Χιροσίμα και το Ναγκασάκι, οι επιστήμονες προσπαθούν να αποκαλύψουν τον τρόπο που δρουν οι ιοντίζουσες ακτινοβολίες όταν προσπέσουν σε υδατικά κυρίως συστήματα. Στόχος είναι οι ιατρικές και βιολογικές μελέτες. Η πρώτη πηγή κοβαλτίου ( 60 Co) για την αντιμετώπιση του καρκίνου κατασκευάστηκε στο ChalkRiver του Καναδά πριν από 40 περίπου χρόνια. Σήμερα περισσότερα από 15 εκατομμύρια άτομα το χρόνο θεραπεύονται με ακτίνες γ. Το τεχνίτιο ( 99 Tc) είναι από τα πλέον σπουδαία ραδιοϊσότοπα που χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην ακτινοδιαγνωστική του εγκεφάλου, ήπατος, θυρεοειδή, νεφρών, κ.α, μειώνοντας με τον τρόπο αυτό τις χειρουργικές επεμβάσεις που απαιτούνται για βιοψία. Η αλματώδης ανάπτυξη της τεχνολογίας των συσκευών ανάλυσης, όπως τα φασματόμετρα μάζας, οι φασματογράφοι ηλεκτρονικού παραμαγνητικού συντονισμού (EPR), πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR), η HPLC χρωματογραφία καθώς και η παλμική ραδιόλυση επέτρεψαν την άμεση παρατήρηση των σωματίων που σχηματίζονται κατά την ραδιόλυση.
7 Σχήμα 1.3. Ο Πρώτος πυρηνικός αντιδραστήρας που κατασκευάστηκε στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου, Δεκέμβριος 1942
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.