Radioactivitate

CAPITOLUL 1

RADIOACTIVITATE – NOȚIUNI GENERALE

Noțiuni introductive despre radioactivitate

Descoperirea radioactivității a dus la obținerea unor beneficii semnificative pentru dezvoltarea sa social-economică, în primul rând producția de energie, aplicații în medicină, biologie, agricultură, industrie etc., dar a dat naștere îngrijorării mondiale asupra consecințelor îngrozitoare ale utilizării militare – bombardamentele din 1945 de la Hiroshima și Nagasaki și ale accidentelor survenite în funcționarea centralelor nucleare sau din utilizarea energiei nucleare în alte domenii.(www.scribd.com)

Radioactivitatea este proprietatea nucleelor unor elemente chimice de a emite prin dezintegrare spontană radiații corpusculare și electromagnetice (radiații alfa, beta, gamma). Aceasta este un fenomen natural ce se manifestă în mediu. Unele nuclee emit spontan din interiorul lor particule sau radiatii care exista sau apar în procesele care se petrec acolo. Prin urmare, asemenea nuclee sunt instabile ,sau radioactive.(www.anpm.ro)

În urma experimentelor s-a stabilit că masa atomului și toată sarcina pozitivă este concentrată într-un volum mic in centrul atomului, zonă numită nucleu atomic (alcatuit din protoni si neutroni). În jurul nucleului gravitează un număr de electroni care compensează sarcina pozitivă a nucleului.

Fenomenul radioactivității, deși spontan, nu se petrece în afara timpului : există o durată de viață, numită viață medie, a nucleelor unui element, după care numărul nucleelor rămase nedezintegrate se reduce.(www.referat.ro)

Radiatia Alfa (α)

Figura 1.1 Emisia radiației Alfa (www.referat.ro)

Particulele α se compun din doi neutroni (fără sarcină electrică) și doi protoni (încărcați pozitiv). Când particulele alfa traversează un material solid, ele interacționează cu mulți atomi pe o distanță foarte mică. Dau naștere la ioni și își consumă toată energia pe acea distanță scurtă. Cele mai multe particule alfa își vor consuma întreaga energie la traversarea unei simple foi de hârtie.

Principalul efect asupra sănătății corelat cu particulele alfa apare când materialele alfa-emițătoare sunt ingerate sau inhalate, iar energia particulelor alfa afectează țesuturile interne, cum ar fi plămânii. (www.scribd.com)

Cercetările experimentale au arătat că radiațiile alfa sunt constituite din particule încărcate pozitiv care s-au dovedit a fi nuclee de He în mișcare rapidă, având o viteză enormă,de aproximativ 20.(www.referat.ro)

Radiația Beta (β)

Figura 1.2 Emisia radiației Beta (www.referat.ro)

Particula Beta este un electron liber. El penetrează materialul solid pe o distanță mai mare decât particula alfa. Efectele asupra sănătății asociate particulelor beta se manifestă în principal atunci când materialele beta-emițătoare sunt ingerate sau inhalate.(www.scribd.com)

Mai mult de jumătate dintre nuclizii radioactivi naturali posedă activitate beta. Radiația beta este formată din electroni sau pozitroni care se deplasează cu viteze foarte mari fiind numită și radiații respectiv .(www.referat.ro)

Radiația Gamma (y)

Figura 1.3 Emisia radiației Gamma (www.referat.ro)

Radiația gamma se prezintă sub formă de unde electromagnetice sau fotoni (particule cu masa de repaus nulă care se mișcă cu viteza lumini) emiși din nucleul unui atom.

Ei pot traversa completcorpul uman, putând fi oprite doar de un perete de beton sau de o placă de plumb groasă de 15 cm. Radiația gamma este oprită de: apă, beton, și în special, de materiale dense, cum ar fi uraniul și plumbul, care sunt folosite ca protecție împotriva expunerii la acest tip de radiație.(www.scribd.com)

Aceste radiații nu sunt influențate de câmpul electric sau magnetic. Ele sunt de natură electromagnetică și pot suferi fenomene de reflexie refracție, difracție și interferență. (www.referat.ro)

Radioactivitatea naturală

Prin radioactivitate se înțelege, în sens strict, proprietatea pe care o au nucleele atomice ale unor elemente de a se dezintegra, de a emite spontan radiații, numite generic “ionizante”(alfa, beta,gamma), fără vreo intervenție din afară, generând astfel elemente vecine în tabelul periodic al elementelor.

Această dezintegrare spontană se desfășoară după legi statistice, nucleele unei cantitați de element radioactiv având, în fiecare moment, aceeași probabilitate de transformare. Noul element format este în general el însuși radioactiv, așa încât radioelementele naturale formează familii radioactive care au ultimii descendenți atomii neradioactivi ai plumbului.Procesul este important din punctul nostru de vedere datorită radiațiilor emise, care au efecte, de cele mai multe ori negative asupra organismului uman. În sens mai general, prin “radioactivitate” se înțelege prezența nucleelor (atomilor) radioactive în diferite substanțe sau materiale, în mediu, în alimente, etc. Vom spune astfel despre o anumită substantă că este radioactivă sau că este contaminată radioactiv atunci când ea conține nuclee radioactive. Deoarece, așa cum se va vedea, practic toate substanțele din natură sunt într-o anumită măsură radioactive, atunci când despre ceva spunem că este radioactiv sau contaminat, înseamnă că radioactivitatea sa depășește limitele normale. Este clar că dezintegrarea unui nucleu radioactiv se produce cu o anumită probabilitate pe unitatea de timp; când vorbim despre prezența unor radionuclizi (nuclee radioactive) în mediu, etc. este vorba, din punct de vedere macroscopic (al masei, de ex.) de cantități deosebit de mici de substanță radioactivă propriu-zisă; din punct de vedere microscopic însă, este vorba de foarte multe nuclee radioactive, destul de multe pentru ca în intervalele de timp obișnuite pentru noi să putem considera că numărul de nuclee dezintegrate în timpul respectiv este riguros egal cu numărul inițial de nuclee înmulțit cu probabilitatea de dezintegrare pe intervalul respectiv. (www.apmbt.anpm.ro)

Prin radioactivitatea mediului se înțelege totalitatea fenomenelor radioactive care au loc în mediul înconjurător. Practic, aceasta se referă la toate substanțele radioactive care sunt prezente în mediu. Datorită efectului pe care radiațiile emise de substanțele radioactive îl au asupra omului, în toate țările civilizate există un sistem de supraveghere a nivelului acesteia. Substanțele radioactive din mediul înconjurător pot fi împărțite în două grupe mari, după originea acestora.

Despre un anumit radionuclid spunem că este natural, atunci când existența lui este rezultatul unor procese care au (sau au avut) loc în natură, fără intervenția omului. În contrast, un radionuclid este numit artificial, atunci când existența lui este rezultatul unei activități umane. În funcție de radionuclizii care sunt implicați, vorbim despre radioactivitate naturală,sau artificială. (www.apmbt.anpm.ro)

Indiferent de sursa lor, nu avem motive să presupunem că nivelul radioactivității naturale ar fi fost semnificativ diferit de cel de astăzi în ultimele câteva milioane de ani. Rezultă deci că specia umană de la apariția ei a fost foarte probabil supusă aceluiași nivel de radioactivitate naturală ca și în prezent. Se poate trage concluzia că organismul nostru este constituit astfel încât radioactivitatea naturală nu are efect nociv asupra sa, atât timp cât nivelul acesteia nu diferă semnificativ de cel cu care am fost “obișnuiți” noi si strămoșii noștrii. Nu știm însă dacă eliminarea totală a iradierii organismului uman ar avea vreun efect, fie el pozitiv sau negativ . (www.apmbt.anpm.ro)

Se pot identifica două surse ale radioactivității naturale:

1. O parte a radionuclizilor naturali se consideră că s-au format odată cu celelalte nuclee care compun scoarța Pământului. Probabil că la formarea Pământului existau mai multe substanțe radioactive decât în prezent; radionuclizii naturali de astăzi erau prezenți în cantități mari, iar în afara lor, probabil au existat și altele. Ceea ce mai există acum este partea din acel inventar inițial care (încă) nu s-a dezintegrat. Ca urmare, radionuclizii naturali de acest fel care mai există acum sunt cei care au un timp de înjumătățire mare, comparabil cu vârsta Pământului: U-238 cu T1/2=4.468*109 ani; Th-232 cu T1/2=1.4*109 ani; U-235 cu T1/2=7*108 ani; și K-40 cu T1/2=1.28*109 ani. Unii dintre aceștia au descendenți radioactivi care sunt și ei prezenți în mediu.

2. Ceilalți radionuclizi naturali, cu timp de înjumătățire mai mic, sunt rezultatul acțiunii radiațiilor cosmice asupra nucleelor atomilor prezenți în straturile superioare ale atmosferei. (www.apmbt.anpm.ro)

Radioactivitatea artificială

Am convenit că prin radioactivitate artificială să înțelegem prezența în mediul înconjurător a unor radionuclizi care își datorează existența activității omului. Evident, cele mai importante activități umane care au dus la contaminarea mediului înconjurător cu substanțe radioactive artificiale sunt, în ordinea amplorii efectelor, exploziile nucleare în atmosferă și energetica nucleară. În afara acestora, practic toate aplicațiile fenomenelor nucleare în scopuri practice duc, conștient sau accidental, la răspândirea unor substanțe radioactive în mediu.

Trebuie subliniat că în mod normal și în medie, impactul tuturor acestor activități este mic față de radioactivitatea naturală; totuși, în situații de accident sau în cazul bombardamentelor atomice, efectele (pe zone mai mult sau mai puțin restrânse) sunt dramatice. (www.apmbt.anpm.ro)

Radionuclizii artificiali posibili de a ajunge în mediul înconjurător sunt în ultima instanță rezultatul unuia din cele două procese nucleare importante în aplicații: fisiunea și fuziunea.

Fisiunea nucleară este procesul prin care un nucleu se rupe (spontan sau nu) în două (sau mai multe) fragmente; a fost observat in 1935 de Hahn si Strassmann; caracteristici: proces puternic endoenergetic, eliberându-se cantități mari de energie de 200 MeV/nucleu; cea mai mare parte a acestei energii se regaseste sub forma energiei cinetice a fragmentelor; fragmentele formate sunt în general beta active și pot emite chiar neutroni; ruperea se face preponderent in două fragmente asimetrice, cu raportul maselor de 2/3.

Fuziunea nucleară este procesul invers fisiunii, când mai multe nuclee se unesc, formând un nucleu mai mare; acest proces are loc între nuclee ușoare, fiind exoenergetic. (http://apmbt.anpm.ro)

Radiațiile se pot clasifica după mai multe criterii:

După natura lor:

– electromagnetice – reprezintă propagarea sub formă de unde transversale a variațiilor câmpului electromagnetic: (radiatia y).

Spectrul undelor electromagnetice este prezentat in figura de mai jos:Fig.2 : Spectrul undelor electromagnetice- elastice – reprezinta propagarea sub forma de unde longitudinale a vibratiilor unuimediu elastic.- corpusculare – sunt formate din fascicule de particule de mare energie/viteza (radiatii α si radiatii β).

După energie :

– ionizante – radiații de mare energie, capabile să producă ionizarea, emise de atomi radioactivi.

– neionizante – radiații de energie mai mică, insuficientă pentru a produce ionizarea: domeniile radio, microunde, IR, VIS si UV. (http://apmbt.anpm.ro)

Figura 1.4 Spectrul undelor electromagnetice (www.scribd.com)

1.2 Monitorizarea radioactivității mediului – legislație europeană

Rețeaua Națională de supraveghere a radioactivității mediului

Rețeaua Națională de Supraveghere a Radioactivității Mediului (RNSRM) face parte din Sistemul Integrat de Supraveghere a Poluării Mediului pe teritoriul României, din cadrul Ministerului Mediului (M.M.). (www.anpm.ro)

Figura 1.5 Rețeaua Națională de Supraveghere a Radioactivității Mediului (www.anpm.ro)

Coordonarea științifică, tehnică și metodologică a RNSRM este asigurată de Laboratorul Național de Referință pentru Radioactivitate (LR) din cadrul Agenției Naționale pentru Protecția Mediului (A.N.P.M.).

La nivelul anului 2009, RNSRM a funcționat cu un număr de 37 de Stații de Supraveghere a Radioactivității Mediului (SSRM), laboratoare aflate în structura organizatorică și administrativă a Agențiilor Județene pentru Protecția Mediului, precum și cu 88 stații automate de monitorizare a debitului dozei gama absorbite în aer. (www.apmbt.anpm.ro)

Sub coordonarea LR – A.N.P.M., RNSRM a desfășurat, în anul 2009, două mari programe de monitorizare a radioactivității mediului. Acestea au fost:

»Programul național standard de monitorizare a radioactivității factorilor de mediu, desfășurat în mod unitar de către toate SSRM din cadrul RNSRM; acest program se desfășoară permanent și urmărește evoluția în timp a radioactivității factorilor de mediu;

»Programul de monitorizare a zonelor cu fondul natural modificat antropic – este specific fiecărei zone; la nivelul anului 2009 au fost implicate în derularea acestui program 16 SSRM, care s-a desfășurat în paralel cu Programul național standard de monitorizare a radioactivității factorilor de mediu. (www.anpm.ro)

Analizele efectuate pentru factorii de mediu monitorizați (aer, prin aerosoli, depuneri atmosferice umede și uscate, ape, prin ape de suprafață, freatice și potabile, sol, necultivat și cultivat, vegetație spontană și cultivată) au fost: beta globale, beta spectrometrice și gama spectrometrice, precum și determinarea debitului de doză gama absorbită în aer.

Figura 1.6 Rețeaua Națională de Supraveghere a Radioactivității Mediului (www.anpm.ro)

Obiectivele monitorizării radioactivității mediului sunt:

»detectarea rapidă a oricăror creșteri cu semnificație radiologică a nivelurilor de radioactivitate a mediului pe teritoriul național;

»notificarea rapidă a factorilor de decizie în situație de urgență radiologică și susținerea, cu date din teren, a deciziilor de implementare a măsurilor de protecție în timp real;

»controlul funcționării surselor de poluare radioactivă cu impact asupra mediului, în acord cu cerințele legale, și limitele autorizate la nivel național;

»evaluarea dozelor încasate de populație ca urmare a expunerii suplimentare la radiații, datorate practicilor sau accidentelor radiologice;

»urmărirea continuă a nivelurilor de radioactivitate naturală, importante în evaluarea consecințelor unei situații de urgență radiologică; (www.anpm.ro)

Fluxul de date în cadrul RNSRM include proceduri de verificare și validare a datelor și este stabilit astfel încât să asigure informarea promptă a factorilor de decizie naționali (Ministerul Mediului, Ministerul Administrației și Internelor, Ministreul Apărării Naționale și Comisia Națională pentru Controlul Activităților Nucleare), precum și Uniunea Europeană, atât în situații de rutină, cât și în situații de urgență. Raportările se efectuează centralizat, în format electronic, de către LR – A.N.P.M.

Baza națională de date de radioactivitatea mediului este conectată la sistemul informațional al Uniunii Europene, realizându-se transfer bidirecțional de date între România și rețelele radiologice din Uniunea Europeană, pe platfoma EURDEP (European Data Exchange Platform). În situații de rutină, frecvența raportărilor este zilnică, iar în situații de urgență, schimbul de date se realizează orar. De asemenea, conform prevederilor articolelor 35 și 36 din Tratatul Euratom, datele naționale de radioactivitatea mediului sunt raportate direct către Baza de Date REM (Radioactivity Environmental Monitoring), fiind incluse în raportările anuale elaborate de JRC (Joint Research Center). (www.anpm.ro)

Figura 1.7 Fluxul de date din/către RNSRM (www.anpm.ro)

Programul național standard de monitorizare a radioactivității factorilor de mediu.

În anul 2009, Programul național standard de monitorizare a radioactivității factorilor de mediu, s-a desfășurat în mod unitar și permanent de către toate Stațiile de Supraveghere a Radioactivității Mediului.

În figura următoare sunt prezentate rezultate ale programului standard de monitorizare al radioactivității mediului, în funcție de factorii de mediu monitorizați, precum și de analizele efectuate. (www.anpm.ro)

Figura 1.8 Distribuția procentuală a numărului de analize, în funcție de tipul probei (www.anpm.ro)

Analizele efectuate pentru factorii de mediu monitorizați (aer, prin aerosoli, depuneri atmosferice umede și uscate, ape, prin ape de suprafață, freatice și potabile, sol necultivat și cultivat, vegetație spontană și cultivată) au fost: beta globale, beta spectrometrice și gama spectrometrice, precum și determinarea debitului de doză gama absorbită în aer.

Analiza gama spectrometrică a probelor de aerosoli atmosferici

Analizele gama spectrometrice efectuate pentru probele de aerosoli atmosferici, cumulate pe un an de zile, au permis identificarea Cs-137 în concentrații foarte scăzute, de ordinul μBq/m3, valorile situându-se în general sub limita de detecție a aparatelor. Datorită valorilor foarte mici detectate, incertitudinile statistice în determinarea Cs-137 în aer s-au înscris în intervalul (25 – 49 %). Be-7, radionuclid natural de origine cosmogenică, a fost identificat în toate probele analizate, concentrația sa variind între 0,4 – 6,6 mBq/m3, cu o incertitudine statistică de determinare sub 25%. (www.anpm.ro)

Figura 1.9 Variația activității medii anuale a Be-7 în probe de aerosoli atmosferici (www.anpm.ro)

Debitul dozei gama absorbită în aer

Debitul dozei gama absorbită în aer este înregistrat din oră în oră, efectuându-se medii zilnice. Valorile prezentate în figura 9.2.6. au fost obținute prin medierea valorilor orare înregistrate în anul 2009, având la dispoziție un număr total de 190.175 valori de debit de doză. Eroarea asociată acestei analize este sub 15%. (www.anpm.ro)

Figura 1.10 Variația debitului dozei gama absorbite în aer, în anul 2009 (www.anpm.ro)

Dozimetrie la nivelul întregului organism – monitorizarea dozimetrică individuală cu dozimetre termoluminescente (TLD) Panasonic  pentru evaluarea mărimii Hp(10).

Activitatea laboratorului este organizată în conformitate cu cerințele standardelor ISO 17025:2005 și ISO 9001:2008, fiind implementate și recomandările tehnice ale Comisiei Europene (EC RP-160): “Technical Recommendations for Monitoring Individuals Occupationally Exposed to External Radiation”. (www.dozimed.ro)

Trasabilitatea măsurătorilor este asigurată prin etalonarea sistemului dozimetric termoluminescent Panasonic în cadrul laboratorului SSDL al Health Protection Agency, U.K.

Pentru caracterizarea performanței sistemului Panasonic au fost efectuate testele de tip în laborator SSDL, membru al IAEA/WHO Secondary Standard Dosimetry Laboratory Network.

Serviciile de monitorizare dozimetrică cu dozimetre termoluminescente Panasonic includ:

»Expedierea lunară a dozimetrelor Panasonic, înainte de data de 1 ale lunii;

»Interpretarea semnalului termoluminescent, evaluarea și raportarea Hp(10). Disponibilitatea rezultatelor : 2-5 zile lucrătoare de la primirea dozimetrelor purtate, prin intermediul bazei de date on-line – RepDoz;

»Emiterea buletinelor dozimetrice, a rapoartelor de atenționare la depășirea limitei derivate lunare, a rapoartelor anuale, conținând doza cumulată pentru anul calendaristic anterior;

»Accesul on-line la rezultatele monitorizării și vizualizarea istoricului dozelor;

»Dozimetrele TLD ambalate în punguțe de culori diferite pentru luni consecutive, pentru ușurința schimbării periodice a dozimetrelor; (www.dozimed.ro)

Avantajele utilizării dozimetrelor termoluminescente Panasonic :

»Tehnologie modernă;

»Detectorii Panasonic sunt realizați din material echivalent țesut, ceea ce îmbunătățește semnificativ calitatea evaluărilor de doză;

»Pot fi determinate valori de doză foarte scăzute, limita de detecție fiind de 0,03 mSv;

Servicii de utilizare dozimetrică

•Dozimetre termoluminescente Panasonic ASR nr. MG 2510/2012. Tehnologie modernă, utilizată în majoritatea laboratoarelor europene de dozimetrie individuală. Dozimetrele termoluminescente sunt folosite la ora actuală în majoritatea țărilor UE pentru monitorizarea dozimetrică individuală. Detectorii sunt realizați din material echivalent țesut: cristalele termoluminescente folosite (Li2B4O7) au Zefectiv apropiat de țesutul uman ceea ce conduce la o îmbunătățire semnificativă a evaluărilor de doză echivalentă personală.

Tip detector:

– 2 elemente: Li2B4O7: Cu fosfor echivalent țesut;

– 2 elemente: CaSO4: Tm fosfor cu o mare sensibilitate; (www.dozimed.ro)

Figura 1.11 Dozimetre termoluminescente Panasonic (www.dozimed.ro)

Ușurință în utilizarea dozimetrelor:

•Dozimetrele termoluminescente reprezintă un sistem unitar, compus din 4 cristale termoluminescente încastrate într-o casetă specială;

•Nu mai este necesar schimbul în casetă: la sfârșitul fiecărei luni persoana expusă profesional predă dozimetrul purtat și preia noul dozimetru, gata de purtare; (www.dozimed.ro)

Figura 1.12 Dozimetre diferențiate prin culori (www.dozimed.ro)

Pot fi determinate valori de doză foarte scăzute: limita minimă de detecție a sistemului termoluminescent este mult mai scăzută (cu 40 – 70%, funcție de domeniul de utilizare) față de cea a dozimetrului cu film. Posibilitatea determinării dozelor foarte mici, pornind de la 0,03 mSv, conduce la reducerea dozelor cumulate pe perioada unui an.

Culori diferite pentru luni consecutive: dozimetrele termoluminescente sunt sigilate în pungi speciale, care au lipite pe ele o etichetă cu numele persoanei expuse profesional și codul unic de identificare a dozimetrului. (www.dozimed.ro)

Figura 1.13 Dozimetre sigilate pentru protecție (www.dozimed.ro)

Eliminarea riscului de contaminare a dozimetrelor: sigilarea dozimetrelor conduce la evitarea contaminării cu diverse substanțe radioactive (în cazul laboratoarelor de medicină nucleară sau în laboratoare de cercetare), praf, substanțe chimice etc.;

Analiză comparativă

Sistem dozimetric cu film vs. Sistem termoluminescent Panasonic

Tabel 1.1 Comparația sistemului dozimetric cu film cu sistemul termoluminescent Panasonic (www.dozimed.ro)

1.3 Surse naturale și artificiale de radioactivitate

Surse naturale de radioactivitate

Planeta noastră a moștenit încă de la formare o zestre apreciabilă de radioactivitate terestră, din care s-a păstrat o parte, respectiv elementele și izotopii radioactivi de viață lungă cu timpi de înjumătățire foarte mari:238U(T4,47·109 a), 235U(T7,04·108 a ) si 232Th(T1,4·1010 a), generatori ai celor trei familii radioactive naturale și descendenții lor radioizotopi ai elementelor cu Z=81-92, dintre care cei mai importanți sunt 226Ra (T 1600 a), Io(230Th)(T 7,7·104 a) și 231Pa(T3,25·104 a). Aceste radioelemente nu sunt decât niște resturi care ne reamintesc de o vreme în care aproape toate speciile nucleare erau radioactive. Dintre ele, cel mai răspândit în scoarța terestră și cel mai important sub toate aspectele este uraniul (3·10-4%), element dispers, mai răspândit decât aurul, argintul și mercurul, urmat de toriu (8·10-4 %) și de radiu (2,0·10-10 %). Ele sunt prezente într-o măsură mai mică sau mai mare în rocile eruptive, metamorfice și sedimentare, în hidrosferă și în troposferă. În unele zone ale scoarței terestre, concentrația lor în rocile de suprafață poate atinge valori de ordinul zecimilor și chiar al câtorva procente. Sub acțiunea agenților atmosferici (vânturi, precipitații și variații de temperatură ), mineralele radioactive sunt parțial alterate, solubilizate și transportate de ape, contribuind la poluarea mediului. Fenomene de acest gen se remarcă mai ales în procesele de exploatare minieră a uraniului, când acesta se oxidează și solubilizează, trecând în apele de mină sub formă de săruri de uranil (10-6 – 10-2 g/l) și de aerosoli în aerul atmosferic. În același timp în atmosferă se mai concentrează și o cantitate apreciabilă de radon, gaz radioactiv degajat prin transformările succesive ale uraniului, care intră în echilibru cu radonul din apele de mină, eliberat de sărurile de uranil solubilizate. (http://ro.scribd.com)

Sursele naturale de radiații pot fi clasificate în:

1.surse aflate exterioare organismului uman,

»radiația cosmică

»de origine terestră

2.surse din organism, reprezentate de radionuclizii pătrunși în organism prin inhalare, ingestie și prin piele. (www.anpm.ro)

Radioactivitatea naturală de origine terestră.

În scoarța terestră substanțele radioactive se găsesc răspândite pretutindeni, într-o concentrație mai mică sau mai mare, în funcție de natura solului și originea rocilor componente.

Principalii nuclizi naturali sunt:

-238U, 235U si 232Th, generatorii celor trei familii radioactive naturale și descendenții lor;

-radioizotopul 40K care însoțește în toate combinațiile sale potasiul natural (0,118%);

-tritiul (3H) și carbonul 14, care se formează permanent în natură prin acțiunea componenței neutronice a radiațiilor cosmice cu nuclee de azot din aer;

-alți radioizotopi naturali ai unor elemente cum sunt: 87Rb, 115In, 130Te, 138La, 147Sm, 171Lu, 187Re etc. cu timpi de înjumătățire mari;

-radioelementele prezente în corpul omenesc: 14C, 40K,3H și altele. (http://biblioteca.regielive.ro)

Iradierea datorată radioelementelor naturale. Specialiștii sunt unanim de părere că, în linii generale, dozele de radiații primare în prezent de către organismele din regnul vegetal și animal pe Terra, datorită radioactivității naturale, nu se deosebesc mult de cele din epoca antropogenezei. Cu alte cuvinte, contaminarea radioactivă naturală a biosferei a existat de la începuturile formării planetei noastre, cu mult înaintea apariției omului. De aceea, poluarea radioactivă a mediului ne apare ca o contaminare artificială a acestuia, peste valorile fondului natural.

În general, iradierea provocată de radioelementele naturale răspândite în mediul înconjurător se poate clasifica în:

– iradiere externă în afara clădirilor;

– iradiere externă în interiorul clădirilor;

– iradiere internă. (http://biblioteca.regielive.ro)

Iradierea externă în afara clădirilor se datorează radiațiilor penetrante emise de radioelementele naturale din sol și din materialele din construcții, în special de către uraniu, radiu și toriu. Ea variază în funcție de zona geografică și de formația geologică. Astfel, în areal de monazite, această doză este în medie de 500mrad/an (5 mGy/an) în Suedia și de 1300 mrad/an (13 mGy/an) în India (Kerala si Madras).

Iradierea externă în interiorul clădirilor este mult redusă, datorită efectului de ecranare a pereților. Totuși, atunci când materialele de construcție (lemn, caramida etc.) conțin importante cantități de elemente radioactive naturale, aceste doze pot crește substanțial.

Iradierea internă, de asemenea o componentă a iradierii naturale, este provocată de inhalarea aerului și ingestia apei și a alimentelor în organismul uman. Printre aceste radioelemente se numără: 3H, 14C, 226Rn, 40K, 226Ra, 210Po etc. Astfel, numai datorită radonului inspirat odată cu aerul atmosferic, în plămâni se dezintegrează circa 30000 atomi de radon în fiecare oră, cu emisie de radiații α, β și y, la care se adaugă și cele ale depozitului fix rezultat.

Cea mai importantă radioactivitate naturală se datorează 40K care se află în proporție de 120 părți la un million părți potasiu stabil, în toate combinațiile de potasiu.

În organismul omenesc 40K se găsește în concentrație de 8,3∙10-2 g, producând 1,9∙104 dez/s. Această cantitate variază în funcție de vârstă, sex, talie și condițiile de trai ale individului și ea provine din alimentație. Un gram de potasiu natural conține o activitate de 37 Bq (1000 pCi) 40K. Deoarece în corpul omenesc se găsesc 2,2-2,4 g K/kg la bărbați, respectiv 1,2-1,5 g K/kg la femei, rezultă că într-un corp omenesc de 80 kg se vor afla 6150 Bq activitate datorată 40K, care produce 6500 dez/s în timpul vieții. Totodată, în corpul omenesc se mai dezintegrează circa 7000 atomi de uraniu în fiecare oră, emițând particule α. În total, în corpul omenesc se dezintegrează circa 22∙103 atomi pe secundă, corespunzator unei activități de 0,6 µCi (0,22 Bq) sau la 0,0006 mg Ra. (http://biblioteca.regielive.ro)

Fondul natural de iradiere

Radioactivitatea naturală este constituită din radionuclizii prezenți în mediul înconjurător (aer, sol, apă, vegetație, organisme animale, inclusiv în om) din cele mai vechi timpuri, încă de la formarea planetei Pământ. Așa cum s-a explicat mai sus, doza radiației pe care o primește omul din surse naturale se datorează atât radionuclizilor din organism, cât și celor aflați în mediul înconjurător.

Pentru România, fondul natural de iradiere, adică doza efectivă totală datorată radiațiilor de origine naturală primite de om, are valoarea medie de 2,27 mSv pe an, mai mică decât valoarea similară calculată pentru ca mediu pentru întreaga populație a planetei – 2,4 mSv pe an. Radiațiile gamma, emise de radionuclizii naturali existenți mai ales în sol, aer, și materialele din care sunt construite locuințele, iradiază întregul organism al omului cu o doză efectivă care a fost calculată la valoarea medie de 0,46 mSv pe an pentru fiecare cetățean din România. Această valoare poate cunoaște variații foarte mari în funcție de o serie de factori: geologia solului, structura clădirilor și timpul de staționare în locuință (vezi subiectul "Radonul și thoronul în locuințe").Totuși este de reținut faptul că nivelul de expunere la radiația naturală poate varia foarte mult, în principal datorită tipului de roci din care este format substratul geologic. În unele zone din India, Brazilia, Congo sau Suedia, fondul natural de iradiere este de până la 10 ori mai ridicat. (www.anpm.ro)

Radonul și Thoronul în locuințe

Radonul și thoronul sunt gaze inerte, care se formează din dezintegrările radioactive în condiții naturale în rocile specifice fiecărui substrat geologic, dar poate fi emanat și de materialele de construcție folosite la clădiri.

Principalele surse de radon și thoron pentru interiorul locuințelor, îl constituie materialele de construcție, dar și substratul caracteristic amplasamentelor respective caracterizat prin valori specifice. Spărturile și fisurile din materialele de construcție (cele din pardoseală, din jurul țevilor, etc) constituie principalele căi de pătrundere a radonului în locuință.Toate materialele de construcție (lemn, cărămidă, beton, materiale de izolație, materiale plastice etc.) își au originea în crusta terestră și conțin concentrații foarte reduse de elemente naturale radioactive, în special uraniu, radiu și thoriu. Dintre materialele de construcție, lemnul are cel mai redus conținut de radiu (implicit de radon) iar cărămida, betonul, gresia și faianța au valorile cele mai ridicate.

Migrarea și transportul radonului și thoronului din sol sau materialele de construcție spre aerul din interiorul locuințelor depinde de: porozitate respectivelor materiale, umiditate, diferențele de presiune între aerul din casă și cel din afară, precum și de viteza vântului, curenții de aer, etc. (http://www.anpm.ro)

Faptul că majoritatea oamenilor staționează 75 – 80% din timpul lor în interiorul clădirilor (locuințe, birouri, săli de spectacol sau de sport etc.) îi protejează parțial de radiația cosmică și de cea terestră (din sol), dar îi expune acțiunii radonului acumulat în încăperile neaerisite sau închise etanș – un rol în această etanșare îl are și tehnologia geamurilor termoizolante tot mai răspândite, când vine vorba de industria construcțiilor și de renovarea apartamentelor. Pornind de la măsurări efective a concentrației radonului în diferite locuințe în țara noastră, s-a calculat valoarea medie a dozei efective dată de acest radionuclid – aceasta se situează în jurul unei medii de 1,41 mSv pe an în mediul rural și de 1,22 mSv pe an în mediul urban. (http://www.anpm.ro)

Concentrația radonului în locuințe crește pe timpul nopții, când apare o acumulare puternică datorită reducerii ventilației naturale și se reduce semnificativ dimineața la deschiderea ferestrelor și ușilor.

Radonul, cu toate că este gaz nobil și inert, pătrunde în organismul uman, mai ales prin inhalare, dar și prin apă și alimente. Fiind solubil în fluidele și țesuturile grase din organism, devine un potențial factor de risc pentru sănătatea omului. S-au semnalat diverse boli, mai ales la minerii din mineritul radioactiv (carcinoame pulmonare epidermoide și microcelulare), corelate cu inhalarea de gaze bogate în radon alături de particule fine de praf sau aerosoli contaminate cu produși de dezintegrare ai radonului și thoronului.

In concluzie, ca în multe alte țări radonul și thoronul contribuie cu peste 50% din fondul natural de iradiere. De aceea, este necesară supravegherea nivelului radonului în locuințe pentru asigurarea sănătății publice – astfel prin utilizarea de materiale adecvate de construcție, măsuri de ventilație corespunzătoare trebuie evitata depășirea dozei efective maxime admise pentru populație care este de 1 mSv pe an peste fondul natural de iradiere (2,4 mSv pe an). (http://www.anpm.ro)

Soarele și radiația solară

Soarele reprezintă sursa de energie a Pamântului, contribuind la menținerea temperaturii planetei mult peste valoarea de aproape 0K, întâlnită în spațiul interplanetar și este singura sursă de energie capabilă să întrețină viața pe Pământ.

Soarele reprezintă practic o sursă inepuizabilă de energie, estimându-se o durată a existenței radiației solare de încă aproximativ 4-5 miliarde de ani.

Pentru studiul radiației solare, este important să fie definite câteva mărimi importante.

Constanta solară reprezintă fluxul de energie termică unitară primită de la Soare, măsurată în straturile superioare ale atmosferei terestre, perpendicular pe direcția razelor solare. Valoarea general acceptată pentru constanta solară este de aproximativ 1350 W/, reprezentând o valoare medie anuală, măsurată cu ajutorul sateliților de cercetare științifică.

Atmosfera terestră și suprafața Pământului interacționează cu radiația solară, producând o serie de transformări ale acesteia. (www.termo.utcluj.ro)

Figura 1.14 Schema interacțiunilor dintre energia solară și atmosfera, respectiv suprafața terestră: Rev. Tehnica Instalațiilor nr. 5/2003 (www.termo.utcluj.ro)

Spectrul radiației solare

În figura 1.15 se observă că în timp ce traverseză atmosfera, radiația solară este parțial absorbită de anumite gaze coponente ale acesteia, în special pe anumite lungimi de undă.

Atmosfera terestră absoarbe aproape complet radiația X și o mare partye din radiația ultraviolet (UV). Unele componente ale atmosferei (vapori de apă, O2, CO2, și alte gaze) contribuie la absorbția parțială a radiației solare, conform figurii prezentate.

Figura 1.15 Spectrul radiației solare (www.termo.utcluj.ro)

În general, radiația absorbită este transformată în căldură, care este retransmisă în atmosferă sub formă de radiație difuză, în toate direcțiile. Prin acest proces, atmosfera se încălzește și produce la rândul ei o radiație cu lungime de undă mare, denumită radiație atmosferică sau radiația bolții cerești. (www.termo.utcluj.ro)

Radiația cosmică

Radiațiile cosmice sunt particule cu energie mare ce intră în sistemul solar din depărtările galaxiei noastre. Această radiație cosmică este formată în cea mai mare parte din protoni, electroni sau nuclee de atomi, care și-au pierdut electronii ce le orbitau în călătoria lor galactică.

În 1912 fizicianul Viktor Franz Hess a arătat că intensitatea radiațiilor cosmice crește odată cu altitudinea, trăgând astfel concluzia că acestea vin din depărtările spațiului cosmic. Ce se întâmplă de fapteste că particulele cu energie mare venite din afara sistemului solar intră în coliziune cu moleculele din atmosferă, provocând reacții în urma carora pot apărea alte particule. Nu toată radiația cosmică ajunge pe Pământ.

Aproximativ 90% dintre razele cosmice sunt nuclee de hidrogen (protoni), 9% sunt heliu (particule alfa), iar celelalte elemente constituie 1%. Știm că cea mai mare parte a radiației observate pe Pământ are ca proveniență Soarele. Dar radiația cosmică care are cea mai mare energie are altă origine, venind, așa cum am mai spus, din afara sistemului solar.

Sunt mai multe posibilități vehiculate de fizicieni în ceea ce privește proveniența radiației cosmice. Este posibil să vină din afara galaxiei, din quasari, ori să fie produsă în urma unor explozii care se soldează cu emisii de raze gamma. Sunt unele opinii care susțin că este posibil ca această radiație cosmică să fie un efect al prezenței materiei negre sau chiar expresia unor defecțiuni topologice în structura universului.

Pentru a detecta aceste raze cosmice avem nevoie de “observatori” situați cât mai departe de suprafața Pământului, așa cum sunt sateliții, echipați cu aparatură adecvată. (http://www.scientia.ro)

Surse artificiale de radioactivitate

Radioactivitatea artificială, apărută mai ales după descoperirea fisiunii nucleare, în anul 1939, a dus rapid la implicații și consecințe uluitoare pentru omenire; arma nucleară, motorul pentru propulsie, centrala nucleară electrică. In urma fisionării care se referă la scindarea în două, a unui atom greu de uraniu 235 sau plutoniu 239 produsă de un neutron, rezultă energie și peste 250 radionuclizi. Aceeași reacție de fisiune intervine și în cazul reactoarelor unei centrale nucleare – unde este controlată și în cazul exploziei unei bombe atomice – situație unde desfășoară rapid.

Energia degajată într-un timp foarte scurt din explozia unei bombe nucleare produce imediat mari distrugeri, iar radionuclizii de fisiune și uraniul sau plutoniul nefisionați produc contaminarea zonei respective; victimele care scapă de primele efecte ale bombei: unda de șoc, incendiu, dărâmarea construcțiilor, etc sunt imediat supuse unei doze ridicate de iradiere cauzată de acești radionuclizi.

Toate testele efectuate de diverse țări: SUA, URSS, Marea Britanie și Franța de detonare a unor bombe atomice în atmosferă au dus inevitabil la contaminarea cu acești produși de fisiune. Măsurătorile realizate în 1964 arătau o contaminare cu produși de fisiune, în special cesiu 137 și stronțiu 90, de trei ori mai mare a emisferei nordice față de cea sudică. După această dată, radioactivitatea depunerilor la sol s-a redus treptat având în vedere timpii de înjumătățire ale celor doi izotopi , ajungând greu de detectat în ziua de astăzi. Unele explozii atmosferice efectuate, între anii 1980 și 1990, de China au fost evidențiate cu ușurință și în țara noastră la puține zile după experiment. In prezent estimările specialiștilor indică faptul că populația României primește o doză efectivă anuală de doar 0,02 mSv datorată căderilor radioactive care au urmat testelor nucleare și accidentului nuclear de la Cernobâl. (www.anpm.ro)

Figura 1.16 Accidentul de la Cernobîl (www.realitatea.net)

Centralele nucleare – Principiul de funcționare

Centrala nuclearoelectrică este un ansamblu de instalații și construcții reunite în scopul producerii energiei electrice pe baza folosirii energiei nucleare.

Obținerea energiei nucleare se bazează pe reacția de fisiune (descompunere) nucleară în lanț. Instalația care asigură condițiile de obținere și menținere a reacției în lanț este reactorul nuclear. În principiu, reactorul se compune dintr-o parte centrală numită zonă activă, în care are loc reacția de fisiune și se dezvoltă căldura de reacție.

Zona activă conține combustibilul nuclear alcătuit din izotopi fisionabili (U235, Pu239) și materiale fertile (U238, U232); moderatorul (apa grea), care are rolul de a încetini viteza neutronilor rapizi, astfel ca reacția să fie controlabilă; barele de control captează neutronii rezultați din reacția de fisiune; agentul de răcire, care preia căldura dezvoltată în zona activă și o cedează apei în schimbătorul de căldură. (www.referat.ro)

În schimbătorul de căldură, apa de vaporizează și devine agentul producător de lucru mecanic în turbină. Lucrul mecanic este transformat de generator în energie electrică.

Combustibilul, moderatorul și agentul de răcire formează așa numita filieră a reactorului termic care determină caracteristicile specifice centralelor nucleare.

Combustibilul introdus în reactor are forma unor pilule compactate sub formă de bare.

Între barele de combustibil se găsesc barele de control. Acestea conțin cadmiu (element chimic ce absoarbe neutroni). Ele au rolul de a regla numărul de neutroni ce pot produce noi reacții de fisiune, astfel încât puterea produsă de reactor să rămână constantă în timp.

Pentru menținerea reacției în lanț, în unele tipuri de reactoare, neutronii emiși în reacțiile de fisiune trebuie încetiniți. În timpul frânării neutronilor are loc un transfer de energie de la aceștia la moderator, temperatura moderatorului și a combustibilului mărindu-se.

Controlul reactoarelor nucleare se face computerizat (inclusiv al sistemelor utilizate pentru protecția reactorului și a mediului înconjurător). (www.referat.ro)

Centralele nucleare au intre 1 și 8 reactoare (unități), fiecare cu o putere instalată de cel puțin 600 MW.

În România, a intrat în funcțiune, pe 2 decembrie 1996, centrala nucleară de la Cernavodă, care funcționează cu apă grea ca moderator, folosește uraniu îmbogățit și produce cu un singur reactor, aproximativ 10% din totalul energiei electrice produse în țară.

Centrala de la Cernavodă se bazează pe sistemul canadian CANDU și are o putere instalată de 706 MW în prezent. Structura unui reactor CANDU constă într-un recipient cilindric orizontal, cu tuburi pentru barele de combustibil și pentru lichidul de răcire (apă grea) plasate orizontal. (www.referat.ro)

În jurul acestor tuburi se află apă grea, care acționează ca moderator. Apa grea conține doi atomi de deuteriu (un izotop neradioactiv al hidrogenului) și un atom de oxigen. Apa grea este mult mai eficientă ca moderator decăt apa obișnuită și permite folosirea uraniului natural drept combustibil. Ea se obține în întreprinderi specializate, prin separarea sa din apa naturală (există o astfel de întreprindere la Drobeta Turnu-Severin). (www.referat.ro)

Securitatea centralelor nuclearoelectrice

În regim de funcționare normală, cantitățile de substanțe radioactive eliberate de centrala nucleară sunt nesemnificative. Pericolul specific, pentru populație și mediul ambiant, constă în eliberarea necontrolată de substanțe radioactive. Sistemele tehnice de securitate sunt destinate să limiteze distrugerile zonei active a reactorului.

De la descoperirea fisiunii nucleare, populația a fost saturată cu povestiri alarmante și cu exagerări despre energia nucleară. S-a emis astfel ipoteza că orice reactor poate exploda oricând ca o bombă nucleară. (www.referat.ro)

În pricipiu, nici un reactor nuclear nu poate exploda ca o bombă. Sunt însă posibile accidente în care reactoarele să se supraîncălzească, iar componentele lor, depinzând de materialele din care sunt realizate, să se topească sau să ardă. Creșterea presiunii agentului de răcire poate deveni cauza unor explozii "mecanice" care ar deteriora învelișul reactorului sau al sistemului de răcire. Astfel, pot fi împrăștiate în spațiu materiale radioactive, care să contamineze mediul înconjurător. Centralele nucleare actuale sunt proiectate astfel încât probabilitatea unor accidente de acest tip să fie minimă. (www.referat.ro)

Toate reactoarele nucleare moderne sunt închise în containere extrem de sigure. Acestea sunt proiectate astfel încât să prevină orice scurgeri radioactive care ar putea rezulta în urma unor accidente de operare.

Centralele nucleare sunt astfel proiectate încât să cuprindă sisteme care să prevină producerea accidentelor nucleare. Acestea sunt dispuse "în linie", astfel încât, dacă un sistem de protecție se defectează, un altul să îi ia locul și așa mai departe. Desigur, este posibil ca toate sistemele din "linia" de protecție să cadă unul după celălalt, dar probabilitatea producerii unui astfel de eveniment este extrem de mică. (www.referat.ro)

CAPITOLUL 2

ELEMENTE DE DOZIMETRIE ȘI RADIOPROTECȚIE

2.1 Interacțiunea radiațiilor cu substanța

Procesul de interacție principal care are loc la străbaterea substanței de către o radiație este ionizarea atomilor, adică smulgerea unui electron din atom. Pentru ca acest proces să aibă loc, radiația incidentă trebuie să transfere electronului o cantitate de energie. Atomul rămas fără un electron, deci încărcat electric pozitiv, constituie un ion pozitiv. Ionul pozitiv astfel rezultat și electronul smuls formează o pereche de ioni. De multe ori electronul smuls dintr-un atom se atașeajă unui alt atom – un atom neutru – dând naștere unui ion negativ. Prin „pereche de ioni” se înțelege fie perechea ion pozitiv+electron, fie perechea ion pozitiv + ion negativ. (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Radiațiile nucleare sunt formate din :

»particule încărcate cu sarcină electrică

»particule neutre (neutroni și fotoni)

Principala interacțiune a radiațiilor formate din particule încărcate electric cu substanța este ionizarea și excitarea atomilor mediului.

Trecerea fotonilor α sau y printr-o substanță poate să producă două fenomene :

Efectul fotoelectric;

Efectul Compton;

Prin efect fotoelectric se înțelege absorbția unui foton cu emiterea unui electron, iar prin efect Compton se înțelege împrăștierea elastică a fotonilor pe electroni liberi dintr-o substanță. Atât prin efect fotoelectric, cât si prin efect Compton, fotonii scot electroni rapizi din substanță, electroni care la rândul lor pot produce ionizări.

Trecerea neutronilor printr-o substanță produce reacții nucleare fiind însoțită și de o atenuare a fasciculului de neutroni. (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Natura corpusculară a radiației

Studiul radiației corpului negru a condus la ideea că procesele de emisie și de absorbție a radiației electromagnetice au loc discontinuu, prin cuante de energie. În acest paragraf vom prezenta două fenomene din care rezultă că nu numai emisia și absorbția radiației electromagnetice are un caracter discret, ci și radiația însăși. (V.Malinovschi, I.Stefănescu, “Fizică atomică”)

Efectul fotoelectric

Efectul fotoelectric extern reprezintă emisia de electroni de către un corp aflat sub acțiunea radiațiilor electromagnetice.

Proprietăți fotoelectrice posedă metalele, dielectricii, semiconductorii și electroliții. Condiția necesară de producere a efectului fotoelectric (dar nu și suficientă) este absorbția considerabilă a radiațiilor electromagnetice la suprafața corpului iradiat. Efectul fotoelectric este produs nu numai de radiațiile ultraviolete. Astfel, de exemplu, metalele alcaline (Li, Na, K, Rb, Cs) sunt sensibile la acest efect sub acțiunea radiațiilor din spectrul vizibil, iar printr-o prelucrare superioară a suprafețelor acestor metale ele devin sensibile la acest efect și sub acțiunea radiațiilor infraroșii.

În figura 2.1 este prezentată schema de principiu a instalației experimentale folosite pentru studiul efectului fotoelectric. Fotoelectronii smulși din catod sub acțiunea radiației electromagnetice incidente, sunt accelerați de câmpul electric dintre catod și anod, dând naștere unui curent electric. Cu ajutorul galvanometrului (electrometrului) se masoară intensitatea curentului electric din circuit. Experiența se efectuează în vid. (V.Malinovschi, I.Stefănescu, “Fizică atomică”)

Figura 2.1 Schema de principiu a unei instalații folosite pentru studiul efectului fotoelectric (V.Malinovschi, I.Stefănescu, “Fizică atomică”)

Dacă intensitatea (fluxul) și frecvența radiației electromagnetice incidente se păstrează constante, atunci dependența I=f(U) reprezintă caracteristica volt-amperică a efectului fotoelectric. Această dependență este prezentată în figura 2.2. Din figura 2.2 se observă că pentru U>, intensitatea curentului fotoelectric (a fotocurentului) devine constantă (I==ct.), iar curentul se numește curent electric de saturație. Intensitatea acestui fotocurent este determinată numai de numărul de electroni care ajung într-o secundă pe anod.

Cu ajutorul acestui dispozitiv se stabilesc legile efectului fotoelectric:

Intensitatea curentului fotoelectric de saturație este direct proporțională cu fluxul radiațiilor electromagnetice incidente, atunci când frecvența este constantă. (V.Malinovschi, I.Stefănescu, “Fizică atomică”)

Figura 2.2

(V.Malinovschi, I.Stefănescu, “Fizică atomică”)

Această lege se verifică dacă curentul electric de saturație este format numai din electronii smulși de radiația incidentă de pe suprafața catodului, ceea ce este posibil atunci când dispozitivul experimental este vidat.

Energia cinetică maximă a fotoelectronilor crește liniar cu frecvența radiațiilor electromagnetice incidente și nu depinde de fluxul acestora.

Figura 2.3

(V.Malinovschi, I.Stefănescu, “Fizică atomică”)

Efectul fotoelectric extern se poate produce numai dacă frecvența radiației incidente este mai mare sau cel puțin egală cu o valoare minimă, specifică fiecărei substanțe.

Figura 2.4 (V.Malinovschi, I.Stefănescu, “Fizică atomică”)

Efectul fotoelectric este practic instantaneu.

Legile efectului fotoelectric nu pot fi explicate cu ajutorul teoriei ondulatorii. Electronii liberi dintr-un metal sunt menținuți în interiorul lui de către câmpul de respingere care există la suprafața metalului. Lucrul mecanic de ieșire a electronului din metal este de ordinul a câtorva eV. Sub acțiunea câmpului electric din unda electromagnetică incidentă, electronul liber începe să oscileze. Când energia oscilațiilor devine suficient de mare, electronul poate învinge câmpul de respingere și părăsi metalul. Dacă electronul este legat, atunci dependența energiei oscilațiilor de frecvență va fi mai complexă, ea având un caracter rezonant. Conform acestei explicații, energia electronului care părăsește metalul trebuie să fie cu atât mai mare cu cât intensitatea radiației incidente este mai mare. Acest rezultat este în contradicție cu legea a doua a efectului fotoelectric. Mărimile caracteristice fotonului sunt date în tabelul 2.1. (V.Malinovschi, I.Stefănescu, “Fizică atomică”)

Tabelul 2.1 Mărimi caracteristice fotonilor (V.Malinovschi, I.Stefănescu, “Fizică atomică”)

Legile efectului fotoelectric pot fi explicate cu ajutorul teoriei corpusculare (fotonice) a radiației. Conform acestei teorii radiația electromagnetică incidentă este formată din cuante de energie, numite fotoni. (V.Malinovschi, I.Stefănescu, “Fizică atomică”)

Efectul Compton

Efectul Compton reprezintă fenomenul de împrăștiere a radiațiilor X pe electroni liberi sau slab legați, însoțit de modificarea lungimii de undă a radiațiilor incidente.

Schema experienței Compton este prezentată în figura 2.5. Radiația X obținută cu ajutorul unui tub Roentgen cu anticatod din molibden se împrăștie pe un bloc de grafit, radiația X împrăștiată este colimată și ajunge pe cristalul unui spectrometru Roentgen (care permite măsurarea lungimii de undă a acestei radiații). Rotind în jurul axei verticale sistemul format din tubul Roentgen și blocul de grafit se poate modifica unghiul de împrăștiere θ fără a modifica amplasarea restului instalației. Distribuția spectrală a intensității a fost măsurată cu ajutorul unei camera de ionizare. (V.Malinovschi, I.Stefănescu, “Fizică atomică”)

Figura 2.5 Schema experienței Compton

(V.Malinovschi, I.Stefănescu, “Fizică atomică”)

Detectori de radiații

Detectorii de radiații nucleare reprezintă sisteme care pun în evidență existența radiațiilor nucleare și permit determinarea cantitativă și calitativă a unora dintre caracteristicile lor : numărul de particule nucleare, energia, masa particulelor, etc. (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Figura 2.6 Schema unui detector de radiații dupa mecanismul de interanțiune (www.radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Detectorul de radiații nucleare convertește particulele incidente pe suprafața activă în semnal electric (sarcină sau tensiune) sub formă de impulsuri. Detectorul de radiații este format, de regulă, din două părți componente :

• corpul de detecție propriu-zisă, constă dintr-un mediu în care radiația nucleară produce un efect specific.

• sistemul de înregistrare a efectului produs de particulă, asigură amplificarea și prelucrarea semnalului obținut. (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Camera de ionizare

Camera de ionizare este o incintă închisă, de formă cilindrică, în care se găsesc doi electrozi plan-paraleli și un gaz aflat în condiții normale. Cei doi electrozi formează un condensator plan cu electrozii aflați la distanța de 3-6 cm unul de altul. În lungul traiectoriei particulei nucleare încărcate care străbate gazul camerei se produc ioni pozitivi și electroni.

Numărul perechilor de sarcini care se produc depinde de natura radiației care a interacționat cu moleculele gazului și de energia lor electrică. Curentul de ionizare este amplificat și măsurat. El este proporțional cu numărul total de perechi ion-electron creați de particule în unitatea de timp.

Dezavantaje: în camera de ionizare curentul obținut este mic, fapt ce duce la necesitatea folosirii unui sistem de înregistrare complicat. (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Figura 2.7 Schema de funcționare a unei camera de ionizare (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Contorul Geiger-Mȕller

Contorul Geiger-Mȕller face parte din categoria detectorilor cu ionizare în gaz. Acest detector are o construcție simplă, fiind alcătuit din doi electrozi introduși într-un tub de sticlă sau de metal.

În cazul controlului Geiger-Mȕller apare multiplicarea în gaz a sarcinilor prin ionizări secundare, adică descărcarea în avalanșă. Dar funcționarea contorului Geiger-Mȕller se bazează pe existența unui câmp electric de intensitate mare, astfel că descărcarea în avalanșă se intensifică și este însoțită de avalanșe secundare. Astfel, pulsurile de tensiune care apar au amplitudine mare (1-10 V sau mai mult) și pot fi numărate direct, fără amplificare prealabilă. (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Figura 2.8 Schema de funcționare a contorului Geiger-Mȕller (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Acest detector permite numai numărarea particulelor nucleare fără a determina alte proprietăți ale acestora. (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Detectorul cu scintilații – FOTOMULTIPLICATORUL

Fenomenul pe care se bazează funcționarea acestor detectori constă în apariția de scintilații în cristale anorganice sau substanțe organice.

Figura 2.9 Schema de funcționare a unui detector cu scintilații (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

La baza construcției unei scintilații stă fenomenul de fluorescență care constă în schimbul de energie dintre particulele nucleare și materialul scintilatorului. lunima produsă de scintilator este transportată la fotomultiplicator.

Fotomultiplicatorul este instrumentul care transformă un semnal luminos într-un semnal electric. El este construit dintr-un tub de sticlă vidat în care se află : un fotocatod, un ansamblu de diode, un divizor de tensiune și un anod. Amplitudinea pulsului de tensiune, obținut cu ajutorul fotomultiplicatorului, este proporțională cu numărul de scintilații produse de particula încărcată la trecerea prin cristal, deci cu energia acesteia. Datorită acestui fapt, detectorul cu scintilații se folosește atât la numărarea radiațiilor nucleare, cât și la măsurarea energiei acestora. (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Detectorii cu semiconductori

Interacțiunea unei radiații nucleare cu semiconductorul generează electroni în banda de conducție și goluri în banda de valență care vor fi colectați și transformați în semnal ca urmare a scăderii rezistivității joncțiunii.

În funcție de numărul de perechi de sarcină formate (care sunt dependente de energia radiației), avem intensități diferite ale impulsurilor înregistrate.

Datorită rezoluției energetice foarte bune, detectorii cu semiconductori înlocuiesc treptat ceilalți detectori în cercetările de fizică nucleară. (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Camera cu ceață

Camera cu ceață, cunoscută și sub numele de cameră Wilson, este utilizată pentru detecția particulelor de radiație ionizantă. În cea mai elementară formă, o cameră cu ceață este un mediu sigilat care conține vapori de apă sau alcool, superrăciți, supersaturați. Când o particulă alfa sau o particulă beta interancționează cu vaporii, îi ionizează, iar ionii rezultați se comportă ca nuclei de condensare, în jurul careia se va forma ceață (deoarece amestecul este în pragul condensului). (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Figura 2.10 Schema camerei cu ceața (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Camera cu bule

O cameră cu bule este un vas umplut cu un lichid transparent supraîncălzit (cel mai adesea hidrogen lichid) folosit pentru a detecta particule încărcate electric care se deplasează prin el. A fost inventat în 1952 de Donald Glaser, pentru care acesta a primit în 1960 Premiul Nobel pentru fizică. (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

Figura 2.11 Schema de funcționare a unei camere cu bule (http://radiatiilenucleare.blogspot.ro)

2.2 Efectele radiațiilor asupra organismului uman

Clasificarea efectelor biologice

În prezent efectele nocive ale radiațiilor ionizante asupra ființelor, în special a omului, a descendenților săi și asupra umanității în general se clasificăîn două categorii:

– efecte nestochastice

– efecte stochastice.

Efectele nestochastice sunt efecte imediate (precoce), cu prag, reversibile și imperfect aditive. Fiind caracterizate de o relație de cauzalitate determinată între doză și efect, ele apar atunci când doza primită depășește o anumită valoare de prag.

Valoarea pragului pentru un anumit efect poate varia în jurul unei valori medii de la un individ la altul și în funcție de condițiile de iradiere. În general, efectele nestochastice apar destul de repede în timp, fiind efecte imediate (precoce), iar vătămările provocate de ele sunt cu atât mai mari cu cât doza este mai mare.

Figura 2.12 Dependența efectului biologic de doză biologică

a – efecte stochastice fără prag; b – efecte nestochastice cu prag

(Teușdea Valer, ˮProtecția mediuluiˮ)

Printre efectele nestochastice se numără: leziunile nemaligne ale pielii, cataracta, hipolezia medulară care antrenează o deficiență hematologică a vătămărilor provocate celulelor gonadelor cu repercusiuni asupra fertilității.

Efectele stochastice sunt întotdeauna efecte somatice târzii, fără prag, ireversibile și aditive. Apariția lor urmează o relație probabilistică doză-efect aparent la întâmplare, de unde și numele stochastic. Altfel spus, dintr-o populație aflată într-o zona de radiații, efectele stochastice apar numai în unele cazuri individuale, aparent la întâmplare.

Printre ele se numără efectele somatice care se manifestă cu întârziere, sub formă de afecțiuni maligne (cancer) și efecte genetice (ereditare) ce apar la descendenți. Practic între momentul iradierii și al apariției bolii maligne pot trece ani sau zeci de ani.

Fiind relații liniare, între frecvența de apariție a efectelor stochastice și dozelor absorbite pentru radiațiile cu transfer liniar de energie mică, rezultă că în aceste cazuri, la doze mici și debite mici ale dozei, riscul pentru sănătate este proporțional cu doza administrată. În literatura de specialitate, factorul de proporționalitate dintre frecvența de apariție a acestor efecte și doza absorbită a fost denumit factor de risc.

Dozele administrate în timp lung fiind aditive, nu are importanță dacă doza care produce efectul respectiv a fost administrată fracționat sau instantaneu, respectiv într-o secundă sau într-o lună.

Efectul biologic produs este ireversibil și în prezent nu se cunosc metode de reducere a probabilităților de apariție a efectelor stochastice somatice datorate unor doze deja primite.

Detrimentul sănătății. Conceptul de detriment al sănătății se referă la fenomenul de distrugere (vătămare) integrală a unei persoane datorită efectelor biologice ale radiațiilor ionizante, fenomen care poate apărea după o iradiere în condiții bine definite și la un anumit nivel de doză.

În cazul unui efect patologic dat (i), detrimentul (Gj) la un individ (j) este exprimat de produsul între probabilitatea de apariție a efectului (pi) și factorul corespunzător de gravitate (g), care se regăsește în relația 2.1 :

, iar pentru un grup de persoane (P) detrimentul colectiv (G) se găsește în relația 2.2 :

Acest concept se aplica atât asupra efectelor stochastice cât și a celor nestochastice, în principal fiind utilizat pentru estimarea vătămărilor datorate efectelor stochastice.

Între probabilitatea de apariție a efectelor biologice stochastice și echivalentul de doză se stabilește o relație liniară fără prag, aplicată la doze slabe. De aceea, detrimentul colectiv al sănătății este proporțional cu echivalentul de doză efectiv colectiv. Totuși, în mod practic, detrimentul unui grup de indivizi nu poate fi redus la o însumare a vătămărilor individuale, fapt pentru care echivalentul de doză colectivă se ia ca un partener printre altele.

Fazele tipice ale evoluției îmbolnăvirii în urma iradierii

În dinamica evoluției reacțiilor care au loc în urma iradierii, se pot distinge trei perioade importante: perioada primară, perioada latentă și perioada secundară.

Reacțiile în perioada primară de acțiune a radiațiilor ionizante se datorează a trei tipuri principale de mecanisme: mecanismul acțiunii directe, indirecte și la distanță.

Efectul biologic prin acțiune directă constă în transmiterea directă a energiei particulelor încărcate sau a electronilor secundari, către atomii și moleculele substanțelor celulare. Produsul principal al acestei acțiuni sunt ionii și atomii excitați de-a lungul parcursului particulei în celulă. Datorită ionizării și excitării substanțelor prin mecanism primar se produc modificări chimice ale acestora (mecanismul acțiunii indirecte). Deoarece organismele vii au în compoziția lor un mare procent de apă, la om ajungând până la 85% din greutatea corpului, multă vreme s-a considerat că acțiunea nocivă a radiațiilor ionizante este cauzată de produsele de descompunere a ei și în special de apa oxigenată, care acționează ca agent oxidant (ipoteza acțiunii prin apa oxigenată). O ipoteză mai verosimilă consideră că rolul principal în acțiunea biologică primară îl au radicalii H, OH, și O2H care apar la radioliza apei (ipoteza acțiunii prin radicali liberi). Conform acestei ipoteze, radioliza apei constituie o sursă pentru acțiunea indirectă a radiației, deoarece radicalii liberi formați pot afecta atât cromozomii cât și proteinele citoplasmatice.

Datorită intervenției sistemului nervos, a glandelor endocrine și a transportului prin umori sau difuziune a unor substante rezultate în țesuturile iradiate, efectele biologice se pot produce nu numai în organele iradiate, ci și în cele neiradiate (mecanismul acțiunii la distanță sau al acțiunii secundare).

Perioada latentă care apare în organism, după perioada primară, se caracterizează prin faptul că fenomenele sunt atât de neînsemnate încât nu pot fi descoperite, neînregistrându-se nici un fel de tulburări. Perioada latentă variază invers propoțional cu doza de radiații. De aceea, în cazul unor iradieri cu doze mortale, perioada latentă durează de la câteva ore la 30-40 de zile, iar în doze fracționate mici ea durează mai mult de un an.

Perioada secundară este dominată de formarea, în celule și țesuturi, de substanțe toxice care conduc la intoxicarea organismului, determinând o serie de efecte biologice importante (ipoteza formării unor substanțe toxice). Reacțiile din această perioadă sunt de natură necunoscută și, în decursul timpului, ele au fost atribuite acțiunii apei oxigenate, peroxizilor organici și histaminei, problema fiind însă în discuție. Cert este faptul că, sub acțiunea radiațiilor ionizante, apar molecule active, în primul rând în celulele din țesuturi și în paralel în sânge și în limfă.

Clasificarea efectelor biologice după natura lor

Cel mai frecvent, efectele biologice se clasifică după natura lor în:

– efecte precoce, care nu apar decât pentru doze ridicate;

– efecte somatice târzii, care se manifestă după mai mulți ani, chiar mai mulți zeci de ani;

– efecte genetice, care privesc descendenții;

– efecte teratogene, care se referă la afectarea embrionului și a fetusului.

Efecte biologice precoce

Efectele biologice precoce survin la puțin timp după iradiere, uneori după câteva ore sau mai puțin și sunt efecte cu prag, fapt pentru care nu apar decât dacă doza depășește un anumit nivel. Deasupra pragului ele cresc cu doza. De aceea, pentru a evita producerea lor, s-au elaborat reglementări care impun limitarea sub nivelul de prag al dozelor ce le pot primi operatorii care lucrează în medii de radiații ionizante. Cele mai fragile țesuturi care suferă efecte biologice cu prag sunt: pielea, celulele formate de sânge, măduva osoasă, intestinul și organele sexuale sau gonade.

Efecte somatice târzii

Efectele somatice târzii, în general, sunt fără prag. Ele pot fi necancerigene (cataracte, tulburări ale creșterii, scăderea longevității și a unor reacții imunologice), însă principalul efect întârziat este cancerul, care apare după câțiva ani sau zeci de ani de la iradiere. Principalele efecte somatice târzii necancerigene se caracterizează prin următoarele:

Cataractele sunt boli care provoacă opacifierea cristalinului. Radiațiile ionizante generează cataracte la doze superioare la 10 Gy de radiații X. Ele sunt efecte cu prag, care la bărbați sunt foarte ridicate și apare între 1 și 10 ani de la iradiere. În cazul neutronilor rapizi, pragul este mult mai jos ≈0,8 Gy, respectiv ≈8 Sv.

Tulburări de creștere. Constatările efectuate pe supraviețuitorii de la Hiroshima și Nagasaki au evidențiat că, prin expunere la doze de 1 Gy, au loc tulburări de creștere și anume: un deficit în greutate, o scădere a taliei și a circumferinței capului.

Longevitatea. De asemenea, studiile de supraviețuitori de la Hirosima și Nagasaki, precum și pe animale în laborator, au arătat că la doze ridicate (≈4 Gy) de radiații, se scurtează durata medie de viață, indiferent dacă iradierea a produs leucemie sau cancer.

Reacțiile imunologice. La iradierea cu doze de 1 Gy scad reacțiile imunologice și organismele devin vulnerabile la infecții.

Pielea deși nu este radiosensibilă, se manifestă ca un organ critic, având un prag de toleranță de ≈2mGy/zi. Prin iradierea mâinilor cu doze superioare (5 mGy/zi) apar leziuni cutanate cronice, sau uscate și atrofice, care fisurează.

Cancerul. Principalele efecte întârziate, se caracterizează prin faptul că nu au prag și se produc mai ales cu doze slabe de radiații. Frecvența lor este influențată de o serie de factori, printre care se numără: doza de radiație, natura radiațiilor, sexul, vârsta și natura țesuturilor iradiate.

Dintre toți factorii, doza de radiații este cel mai important, iar dintre radiații, particulele α și neutronii sunt cele mai periculoase. Radiosensibilitatea organismelor este diferită în funcție de sex: ea este mai importantă la femei decât la bărbați, în special pentru sâni și tiroidă și are un efect invers pentru măduva osoasă și pulmon. Totodată, efectele diferă cu vârsta, copiii tineri, adolescenții și persoanele în vârstă fiind mai radiosensibile decât adulții. Timpii de latență sunt foarte variabili și depind în mod esențial de natura țesutului iradiat. Ei sunt cuprinși între 4 și 20 de ani de la iradiere pentru leucemie, de 10 ani pentru tumori, 22-25 de ani pentru sâni etc. Cancerul cutanat apare la doze de circa 15 Gy radiații electromagnetice, între 25 și 40 de ani. Cancerul osos apare la doze >8Gy, iar leucemia la doze >1 Sv. Cancerul sânului apare la doze de 0,20 Gy (la iradieri radiologice), iar cancerul tiroidei la 0,1 Gy la copii între 13 și 14 ani.

Efecte genetice

Alături de alți agenți fizico-chimici (substanțe chimice, radiațiile electromagnetice, căldura etc.) care pot provoca efecte mutagene se află și radiațiile ionizante.

Dacă la doze slabe nu s-au înregistrat astfel de efecte la om, în schimb printre copiii supraviețuitorilor de la Hiroshima și Nagasaki, iradiați cu doze puternice, s-au înregistrat cazuri de anomalii genetice semnificative.

Pe plan uman, singurele informații de care dispunem sunt descendenții iradiaților de la Hiroshima și Nagasaki și ai pescarilor de la Bikini, dar în ambele cazuri, dozele nu sunt cunoscute cu precizie. În cazul supraviețuitorilor de la Hiroshima și Nagasaki, deși au prezentat forme cancerigene pentru doze ridicate (>1 Gy), nu s-au înregistrat efecte genetice. De asemenea, în cazul celor 23 marinari pescari de la Bikini, iradiați de căderile radioactive, cu excepția unuia care a decedat, după o sterilitate de doi ani, ceilalți au avut copii normali (45 copii), la care nu au fost observate efecte genetice aparente la prima generație.

În modul de evaluare a efectelor genetice se întâmplă unele dificultăți datorate următorilor factori: caracterul particular al efectelor genetice; necesitatea extrapolării rezultatelor obținute experimental pe animale, la om și de asemenea, extrapolarea rezultatelor obținute experimental cu doze forte, la doze slabe.

Din investigările pe animale, s-a stabilit că fercvența anomaliilor genetice se observă la doze >1 Gy. La om, anomaliile (de ex. structura cromozomilor) reprezintă un risc de 1-10 pe milion de nașteri vii, pe centiGy, iar mutațiile genetice apar, la iradierea celor doi părinți, cu o frecvență de 5-65 pe milion de nașteri vii, pe centiGy. După prima generație și la echilibru (după 5 generații), frecvența lor este de 40-200 pe milion de nașteri vii pe centiGy, pe generație. Mutațiile sunt legate de sexe, în sensul că ele se transmit prin femei. În prima generație, numărul de afecțiuni adaugat este < 1,3 pe milion de nașteri vii pe centiGy.

Particularitățile mutațiilor genice. În funcție de sex, riscul pentru femeie este mai puțin important, ca pentru bărbat. După vârstă, la femei sunt doua perioade critice: principala este perioada reproducerii, de la pubertate la menopauză. A doua este până în luna a șaptea a vieții fetale. La bărbat, perioada periculoasă se află între 20 și 40 ani, perioada în care se fac majoritatea fecundărilor.

Ipoteza prejudiciului genetic dat de iradierile slabe. În mod normal, o populație se află în echilibru genetic. Apariția de noi mutanți este compensată de eliminarea mutanților existenți prin decese precoce, sau prin fecundări mai puține, uneori chiar nule. În cazul unor iradieri suplimentare, acest echilibru se rupe, iar fiecarei generații i se vor adăuga descendenților, mutațiile produse la toate generațiile anterioare (mutanți suplimentari). Ca urmare, se va produce o creștere a mutațiilor letale și a celor dominante, precm și o acumulare a mutațiilor primite.

Efecte biologice teratogene

Efectele teratogene sunt anomalii și malformații provocate de acțiunea unor agenți fizici, chimici și infecțioși, sau a radiațiilor ionizante asupra embrionului pe timpul creșterii.

Sensibilitatea lor la radiații variază după stadiul dezvoltării embrionului, dar pragul de acțiune este foarte net mai jos decât după naștere. Efectele teratogene sunt ireversibile, iar radiațiile ionizante produc aceleași efecte ca și alți agenți teratogeni. Sub acțiunea radiațiilor ionizante, în funcție de stadiul de dezvoltare a embrionului și a fetusurilor, se deosebesc următoarele:

– În stadiul de preimplantare, iradierea determină fie distrugerea oului, fie moartea uneia sau a mai multor celule. Această perioadă adesea trece neobservată de femeie. Doza letala 50 este de 0,5-0,6 Gy.

– În stadiul de organogeneză, când femeia are consecințe de întârziere și bănuiala că ar fi însărcinată, o doza de 0,1 Gy poate antrena malformații. Aceasta este perioada critică, deoarece radiosensibilitatea este maximă.

– În stadiul fetal, frecvența și gravitatea malformațiilor se diminuează. În schimb, iradierea poate avea o acțiune cancerigenă, care se manifestă la copii tineri. Dozele egale sau inferioare la 0,25 Gy sunt considerate fără efect.

Cele mai importante consecințe legate de efectele teratogene sunt:

– malformațiile, ca de exemplu cele microcefalice, care pot fi însoțite de întârzierea mentală;

– întârzierea creșterii, care are loc la doze puternice (>1 Gy), printre care se remarcă deficitul ponderal, scăderea taliei și a circumferinței capului și o întârziere a osificării;

– cancerul, care apare la iradieri în uter cu doze de 0,02 Gy;

-mortalitatea intrauterină și neonatală crește. În cazul supraviețuitorilor de la Hiroshima și Nagasaki, ea a fost cu 40% mai mare decât cea normală;

– efecte genetice nu s-au observat nici printre descendenții celor iradiați în uter cu ocazia exploziilor nucleare de la Hiroshima și Nagasaki.

Pe baza acestor observații, se impune luarea unor precauții în cazul femeilor însărcinate, care sunt expuse profesional la doze de radiații ionizante și excluderea lor de la orice fel de examen radiologic.

2.3 Metode de radioprotecție – legislație

Radioprotecția este un domeniu interdisciplinar care are drept scop realizarea protecției individului și a mediului față de acțiunea unui tip de radiații, și anume acelea care pot produce efecte biologice. Disciplinele pe care se bazează radioprotecția sunt: fizica în primul rând, datorită interacției radiațiilor cu substanța cât și pentru metrologia mărimilor caracteristice interacției și transferului energiei de la radiații la obiectul iradiat, viu sau neviu; biologia, în al doilea rând, mai precis radiobiologia, pentru efectul biologic produs de către radiații asupra țesutului; chimia, în special biochimia, pentru comportarea chimică a substanțelor care apare la interacția radiațiilor cu corpul iradiat, viu sau neviu; și nu în ultimul rând, matematica, pentru că există un domeniu al teoriei matematice a dozimetriei și a radioprotecției, care cuprinde modelarea matematică a mii de procese din dozimetrie și radioprotecție.

Pentru practica de zi cu zi în lucrul cu surse de radiații, radioprotecția își propune să stabilească principii pentru:

– protecția individului față de expunerea la radiații;

– siguranța surselor de radiații, atât în lucrul obișnuit, cât și în procesele conexe: producere, depozitare, transport, și eventual, distrugere.

Anul 1966 este anul constituirii radioprotecției ca disciplină științifică și aplicativă, existând trei etape importante realizate de comunitatea internațională a specialiștilor în radioprotecție care s-au concretizat în trei documente internaționale:

1. rapoartele UNSCEAR ( Comitetul știintific al Națiunilor Unite pentru studiul efectelor radiațiilor atomice) din 1988 și 1993.

2. publicația nr. 60 a Comisiei Internaționale de Protecție Radiologică din 1991.

3. prima versiune internațională a normelor de radioprotecție, editată de Agenția Internațională de Energie Atomică (AIEA) de la Viena, a cărei ediție definitivă este din 1996.

Experiența în domeniu stabilise că la anumite valori ale dozei primite apăreau efecte biologice constatabile nu numai medical, dar și neplacute pentru cei afectați. Cu timpul astfel de prejudicii nu mai erau admise de cei care lucrau cu surse de radiații, astfel încât, convențional, limita expunerii era din când în când coborâtă.

Introducerea unei protecții într-o procedură cu surse de radiații înseamnă un anumit cost: costul protecției.

Cu cât se dorește o limitare mai mare a expunerii, cu atât costul protecției este mai mare. Procedura la care se referă protecția aduce un anumit beneficiu – știintific, tehnologic sau individual, pentru sănătatea unui individ.

La început, în radioprotecție se apela la noțiunea de “risc de radiații” ca probabilitate de a se întampla ceva “neplăcut” pentru sănătate: de la un prejudiciu asupra sănătății până la un accident mortal. Riscul la expunerea la radiații era privit și analizat comparativ cu alte riscuri impuse de activități umane (transportul auto, pe mare, pe aer, dar și de activitatea într-o anumită industrie). A apărut astfel necesitatea de a evalua riscul la radiații în paralel cu riscul altor activități și de a găsi calea de control (“management”) a unui astfel de risc. Compararea valorii riscului la radiații cu aceea a celorlalte riscuri, a condus la valoarea acceptată de societate a riscului la expunerea de radiații; o asemenea valoare ar impune valoarea limită a expunerii la radiații care stă la baza normelor de radioprotecție.

Trebuie ținut cont de faptul că expunerea reală și potențială se poate întampla în patru ramuri principale: industria nucleară, domeniul sănătății, sectorul industrial nenuclear și sectorul extractiv – minier care se confrunta cu o radioactivitate naturală exacerbată.

Procedură

Normele de radioprotecție se aplică unor activități cu surse de radiații sau/și cu substanțe radioactive care pot produce expunerea organismului.

Normele se aplică pentru următoarele proceduri:

a) producerea surselor și folosirea radiațiilor și a substanțelor radioactive în scop medical, industrial, veterinar, sau agricol, precum și pentru educație, învățământ sau cercetare, incluzând orice aplicație cu astfel de surse care produc sau ar putea produce expunerea organismului.

b) producerea energiei în reactorul nuclear, incluzând procedurile din ciclul combustibilului nuclear care produc sau ar putea produce expunerea organismului.

c) procedurile cu surse de radiații naturale care se impun a fi controlate datorită exarcebării produsă de tehnologie.

d) procedurile specificate ca atare de autoritatea publică competentă: Comisia Națională pentru Controlul Activităților Nucleare.

Sursă

Pentru norme o “sursă” folosită într-o procedură poate fi:

a) o substanță radioactivă sau aparat care conține substanțe radioactive sau produce radiații, incluzând sursele închise, sursele deschise sau generatoare de radiații (inclusiv echipamentul de radiografie mobil).

b) instalații cu surse radioactive sau aparate care produc radiații, încluzând instalațiile de iradiere, mine și mori pentru prelucrarea minereurilor radioactive, instalații pentru prelucrarea substanțelor radioactive, instalațiile nucleare precum și instalații pentru prelucrarea și depozitarea deșeurilor radioactive.

c) sursele specificate ca atare de către autoritatea publică competentă.

Categorii de expunere

Există patru moduri de clasificare a expunerii organismului:

– profesională, medicală și a publicului;

– normală și potențială;

– de urgență și cronică;

– externă și internă.

•Expunerea profesională, medicală și a publicului

Sursele de radiații naturale și cele artificiale (cu marea lor diversitate) produc expunerea la radiații a întregii populații, atât cea angajată în activitatea știintifică, tehnică și economică, cât și cea neangajată. Din acest punct de vedere se deosebesc trei tipuri de expuneri la radiații: expunerea profesională, expunerea medicală și expunerea publicului.

•Expunerea profesională afectează angajații la locurile de muncă din obiective sau laboratoare în care se folosesc surse de radiații nucleare în condițiile autorizării legale a utilizării surselor de radiații nuleare. Expunerea profesională se poate datora surselor radioactive artificiale sau naturale; în ultimul caz se situează de exemplu, extracția minereurilor radioactive.

•Expunerea medicală se referă la pacienți, în caz de diagnostic și tratament prin radiații. Expunerea medicilor și a celuilalt personal sanitar, prin activitatea lor cu proceduri medicale cu radiații sau cu substanțe radioactive este cuprinsă în expunerea profesională.

•Expunerea publicului se datorează nu numai surselor de radiații naturale (expunerea naturală = 2.4 mSv pe an), ci și ceea ce decurge din exacebarea radioactivității naturale, dar și unei componente rezultată din utilizarea surselor de radiații artificiale.

•Expunerea normală și potentială

Expunerea care rezultă din utilizarea procedurilor autorizate este previzibilă cantitativ și deci o expunere normală. O astfel de situație are loc când se respectă reglementările privind efectuarea procedurilor, iar sursele de radiații functionează în condițiile pentru care au fost proiectate. Se pot prevedea situații în care o procedură nu este efectuată conform normelor sau este efectuată în alte condiții decât acelea pentru care a fost proiectată (eroare de operare) sau se poate produce o defectare a unui aparat utilizat (eroare de proiectare), sau se ajunge la contaminarea nedorită a unor spații; într-o astfel de situație neasteptată, dar posibilă, ar avea loc o expunere potențială. O expunere potentială poate deveni reală dacă situația neasteptată are loc. Normele de radioprotecție au ca scop prevenirea și reducerea expunerii potentiale.

•Expunerea de urgență și cronică

Situații cu totul excepționale, datorate unui accident, pot să conducă la o expunere a organismului. În acest caz, reglementările impun o intervenție: pentru cei care intervin poate apărea o expunere de urgență care este de obicei temporară. Ceea ce rămâne după efectuarea intervenției și persistă în timp ca expunere a celor ocupați profesional sau a publicului este expunerea cronică. Aici se poate exemplifica cu urmările datorate unui accident nuclear major (de ex.: contaminarea reziduală a solului) sau cu sursele de radiații naturale exacerbate tehnologic.

•Expunerea externă și internă

Expunerea externă a organismului se datorează unei surse de radiații din exteriorul acestuia. Expunerea internă are drept cauză o sursă de radiații (de cele de mai multe ori, sursă radioactivă) aflată în interiorul organismului și care a pătruns prin inhalare, prin ingerare, prin injectare sau datorită absorbției prin piele.

Principiile normelor de radioprotecție

Normele de radioprotecție includ măsuri de securitate nucleară și radiologică, care se impun la fabricarea, utilizarea, eliminarea deșeurilor sau la dezafectarea unor instalații de radiații. Măsurile de securitate nucleară și radiologică constau în reglementări obligatorii privind partea administrativă.

Expunerea la radiații trebuie limitată prin prescrierea în norme a dozelor limită. Admiterea unei limite a expunerii se face comparând riscul biologic datorat expunerii la radiații cu riscul acceptat de societate la un moment dat, pentru diferite activități – profesiuni ale membrilor acelei societăți.

Comisia Internațională de Protecție Radiologică, pe baza studiilor de radiobiologie efectuate în acest scop, recomandă pentru riscul de deces ca urmare a contractării unui cancer în urma expunerii la radiații, valoarea 0.05 1/Sv, adică 5%Sv-1, pentru un individ din populație (indiferent de vârstă). Cu alte cuvinte, la 100 de indivizi expuși cu un sievert este probabil decesul prin cancer a 5 dintre aceștia. Când nu se precizează, se subînțelege că durata iradierii este un an.

Pe baza riscului biologic la iradiere, normele prevăd dozele limită care asigură că individul iradiat profesional, sau din “public”, nu este supus unui risc de deces prin cancer mai mare decât cel acceptat de societate.

Într-un accident, sau chiar într-un eveniment provocat de condiții tehnice anormale sau naturale, sau de erori umane, sursa de radiații scapă controlului și dozele limită pot fi depășite. În acest caz apare urgența nucleară sau radiologică și pentru a reduce expunerea persoanelor implicate trebuie să se acționeze printr-o operație numită intervenție. Pentru organizarea lucrului într-un obiectiv nuclear, normele impun clasificarea zonelor de lucru în zone controlate și zone supravegheate.

În zona controlată, măsurile de radioprotecție au drept scop:

– controlul expunerii normale și prevenirea răspândirii contaminării radioactive în timpul condițiilor de lucru normale.

– prevenirea sau limitarea extinderii unei expuneri potențiale.

În zona supravegheată, condițiile expunerii profesionale trebuie să fie verificate din timp în timp, pentru că măsurile de radioprotecție specifice zonei controlate nu sunt necesare; în zona supravegheată, situația localizării și a altor parametrii ai surselor de radiații se modifică încet sau deloc în timp.

Din punct de vedere al confecționării și al radioprotecției, sursele radioactive se împart în: surse închise și surse deschise.

O sursă închisă este, prin construcție, astfel realizată încât nu poate fi fragmentată, dispersată sau dizolvată în solvenți obișnuiți, pe când o sursă deschisă este destinată unei operații chimice sau de dispersare a ei.

Dozele limită

Expunerea normală a unui individ este caracterizată cantitativ atât prin doza efectivă, cât și prin doza echivalentă în organele și țesuturile importante. Aceste doze, cauzate de posibila combinare a expunerilor din procedeele autorizate, nu trebuie sa depasească doza limită (prin doza limită se înțelege doza efectivă limită).

Expunerea profesională se caracterizează prin dozele limită:

a) doza efectivă de 20 mSv pe an în medie în cinci ani consecutivi.

b) doza efectivă de 50 mSv într-un an, cu condiția să se respecte doza medie în cinci ani consecutivi prevazută la punctul a.

c) doza echivalentă în lentila ochiului de 150 mSv pe an.

d) doza echivalentă în extremitățile mâinilor și picioarelor sau la piele de 500 mSv pe an.

Expunerea publicului. În acest caz normele precizează că pentru grupul critic din public luat în considerare pentru o anumită procedură pentru care se estimează o doză efectivă, nu trebuie să se depășească limita:

a) doza efectivă de 1 mSv pe an.

b) într-o împrejurare specială, doza efectivă de 5 mSv într-un singur an, cu condiția ca doza medie în 5 ani consecutivi să nu depășească 1 mSv pe an.

c) doza echivalentă în lentila ochiului de 15 mSv pe an.

d) doza echivalentă pe piele de 50 mSv pe an.