Pondělí, Červen 24

Ionizující záření kolem nás – proč je člověk vystaven radiaci po celý život

Ionizující záření je v prostředí kolem nás stejně přirozené, jako například sluneční světlo. Většinou si jeho přítomnost neuvědomujeme, neboť na běžné dávky je naše tělo velmi dobře připraveno. Zdroj: Sciencereflections.com

Pod pojmem „radioaktivita“ si většinou představujeme jen známou varovnou žlutou značku. Víme také, že štěpení těžkých jader uranu je zdrojem energie v jaderných elektrárnách. Radiace však není ani zdaleka jen výsledkem lidské činnosti. Příroda sama o sobě je doslova protkána ionizujícím zářením a malým jeho dávkám jsme vystaveni po celou dobu své existence.

Toto záření má dva zdroje: přírodní radionuklidy, vyskytující se v našem životním prostředí, a kosmické záření, dopadající na Zemi z vesmíru a transformované při interakci v atmosféře. V roce 1896 zveřejnil Henri Becquerel objev radioaktivity a až do roku 1934, kdy manželé Joliot-Curieovi objevili umělou radioaktivitu, se veškeré práce zabývající se tímto novým jevem týkaly právě přírodního záření.

Bude určitě na místě připomenout, jakým způsobem vlastně k radioaktivním přeměnám dochází. Atomové jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutronů, částic bez náboje. Souhrnný název pro oba druhy částic je nukleony. Jak víme z běžných zkušeností, souhlasné náboje se odpuzují, takže jak vlastně drží nukleony pohromadě? Odpovědí je takzvaná silná interakce, síla, kterou na sebe působí z běžných částic právě jen nukleony (nikoli například elektrony), a jejíž účinek je mnohem větší, než sil elektrických. Je však pouze krátkého dosahu, působí jen na blízko se nacházející částice. Zároveň v jádrech existuje určitý optimální poměr počtu protonů a neutronů, při kterém jsou nejstabilnější. Při jiných poměrech počtu neutronů a protonů se jádro stává nestabilním a má snahu dostat se do tohoto optimálního stavu. U těžkých jader z konce Mendělejevovy periodické tabulky může být také výhodné „zbavit se“ částice složené ze dvou protonů a dvou neutronů nebo se rozštěpit na dva úlomky srovnatelné velikosti. Tyto procesy vedou ke snížení energetického obsahu jádra, a jak je známo, každý fyzikální systém se snaží dostat do stavu s nejnižší energií.

Radioaktivní přeměna tedy probíhá různými způsoby, základní druhy radioaktivity jsou tři, označované řeckými písmeny α, β, γ. První z nich, záření alfa, je oddělením jádra hélia 24He, označovaného v tomto případě jako částice alfa, se dvěma protony a dvěma neutrony. Takto se přeměňuje například nedávno hojně zmiňované radioaktivní polonium, použité jako vražedný nástroj. Záření beta je tvořeno elektrony nebo pozitrony, částicemi o stejné hmotnosti, ale s opačnými náboji. Při emisi elektronu se v jádře přeměňuje neutron na proton, při emisi pozitronu je tomu naopak. Alternativním procesem k emisi pozitronu je také elektronový záchyt, kdy je jádrem zachycen elektron z jeho elektronového obalu a v důsledku toho se v něm rovněž přemění proton na neutron. Záření gama je elektromagnetickým zářením o velmi vysokých frekvencích. stejného charakteru jako je rentgenové. K vyzáření gama paprsků z jádra dochází jako k doprovodnému efektu při většině přeměn alfa i beta. Elektromagnetické záření se také může uvolňovat při přechodech elektronů v elektronovém obalu atomu, pak hovoříme o charakteristickém rentgenovém záření. Doprovází např. elektronový záchyt.

Bylo pozorováno, že zvlášť velké množství radioaktivních nuklidů je mezi těžkými prvky s protonovými čísly Z v intervalu mezi 81 a 92. Detailní výzkum ukázal, že tyto radionuklidy je možné shrnout do tří radioaktivních přeměnových řad. Každá z nich začíná radionuklidem s velmi dlouhou dobou života, který se od vzniku Země ještě nestačil přeměnit, na něj navazuje řada krátkodobějších dceřiných nuklidů. Nejvýznamnější z těchto řad je řada uranová, začínající na 238U s poločasem přeměny 4,5.109 roků. Tato řada obsahuje mimo jiné dva důležité radionuklidy 226Ra a plynný 222Rn. Končí na stabilním 206Pb. Končí na stabilním 206Pb. Její schéma je na obrázku 1.

Obrázek 1: Uranová rozpadová řada. Schéma uvádí, na jaká jádra, s jakým poločasem a jakým druhem přeměny se mění jádro uranu-235. Zdroj: I. Úlehla – M. Suk – Z. Trka: Atomy, jádra, částice, Praha, Academia 1990
Obrázek 1: Uranová rozpadová řada. Schéma uvádí, na jaká jádra, s jakým poločasem a jakým druhem přeměny se mění jádro uranu-235. Zdroj: I. Úlehla – M. Suk – Z. Trka: Atomy, jádra, částice, Praha, Academia 1990

Thoriová řada začíná 232Th s poločasem přeměny 1,4.1010 roků a končí na stabilním 208Pb. Plynný izotop radonu v této řadě, 220Rn, bývá často označován jako thoron. Třetí přeměnová řada, aktiniová (tento název je spíše „východiskem z nouze“), vychází z 235U (historicky v raných dobách výzkumu radioaktivity se hovořilo o aktinouranu) s poločasem přeměny 7.108 roků a končí na stabilním 207Pb.

Kromě nuklidů přírodních přeměnových řad se v přírodě vyskytuje i řada dalších radioaktivních nuklidů s velmi dlouhými poločasy přeměny, které se dochovaly od vzniku Země. Nejvýznamnější z nich je 40K s poločasem přeměny 1,28.109 roků, v přírodní směsi izotopů draslíku zastoupený 0,0117%. Přeměňuje se jednak procesem β, jednak elektronovým záchytem, a je zdrojem záření γ s poměrně vysokou energií 1,46 MeV. Kromě něho lze naměřit i určité koncentrace 87Rb, 50V, 113Cd a řady dalších radionuklidů, žádný z nich však nemá význam srovnatelný s 40K. O těchto dlouhodobých radionuklidech včetně radionuklidů přírodních přeměnových řad se hovoří jako o primordiálních.

Kromě nich se v přírodě vyskytuje několik radionuklidů kosmogenního původu, tj. vznikajících při interakci kosmického záření s atmosférou. Nejdůležitější z nich je 14C s poločasem přeměny 5730 roků, produkovaný v reakci 14N(n, p)14C. Ten se z atmosféry dostává přirozenými procesy do všech živých organizmů a je na něm mimo jiné založena metoda radiuhlíkového datování v archeologických výzkumech. Jeho koncentrace v organických materiálech je ovšem velmi malá, pouze 0,22 Bq na gram uhlíku. I tak to znamená, protože lidské tělo o hmotnosti 70 kg obsahuje zhruba 16 kg uhlíku, že jeho aktivita v těle je kolem 3500 Bq. Dalším takovým nuklidem je 3H s poločasem přeměny 12,3 roků, produkovaný v několika reakcích částic kosmického záření zejména s atmosférickým dusíkem a kyslíkem. Zmínit je možné ještě např. 7Be, 80Kr a další.

Primární kosmické záření dopadající do zemské atmosféry z vesmíru pochází jak z hlubokých oblastí vesmíru mimo sluneční soustavu (galaktické kosmické záření), tak ze Slunce (sluneční kosmické záření). Galaktické kosmické záření je tvořeno především protony (85%), dále jádry helia, těžšími jádry prakticky všech prvků, obsahuje též cca 3% elektronů. Jsou v něm výjimečně i částice s mimořádně vysokými energiemi až do řádu 1020 eV. Sluneční kosmické záření je tvořeno z 99% protony a jeho příkon fluence (hustota toku částic) se výrazně mění v závislosti na sluneční aktivitě. Při kosmických letech je nutné uvažovat i existenci radiačních Van Allenových pásů, tvořených protony a elektrony zachycenými magnetickým polem Země. Existují dva Van Allenovy pásy, vnější, který má střed ve výšce okolo 20 000 km, a vnitřní se středem kolem 3 000 km nad zemským povrchem. Po vstupu do atmosféry ovšem primární kosmické záření interaguje s atomy prvků obsažených v atmosféře, k zemskému povrchu pronikají pak převážně částice vznikající v těchto interakcích. Jedná se především o miony, elektrony, fotony záření γ a v určité míře i neutrony.

Na vnějším ozáření člověka se podílejí nejvíce radionuklidy emitující záření γ v uranové a thoriové řadě a40K, obsažené v horninách a půdách v povrchové vrstvě Země, ve stavebních materiálech atp. Dávkové příkony závisejí na konkrétní situaci v daném místě. Běžné jsou hodnoty v řádu setin μGy za hodinu, ale v extrémních případech mohou dávkové příkony dosahovat i o dva řády vyšších hodnot (monazitové písky u brazilského Guarapari a v jihoindickém svazovém státě Kérala, horniny s vysokou koncentrací radia v iránském Ramsaru). V České republice lze zjistit díky vysokému obsahu uranu a thoria v horninách v některých lokalitách (např. oblast kolem Petrovic jižně od Prahy, Jáchymovsko, Třebíčský masiv) hodnoty převyšující desetinu μGy za hodinu. Z hlediska vnitřního ozáření je nejvýznamnější 222Rn, v oblastech s vyšší koncentrací thoria i 220Rn. Nelze zanedbat také skutečnost, že lidské tělo má značný přirozený obsah draslíku, což vede k aktivitě kolem 55 Bq na kilogram hmotnosti a roční efektivní dávce kolem 0,17 mSv.

Příspěvek jednotlivých zdrojů k ozáření člověka je shrnut v tabulce 1. Z ní je zřejmé, že největší příspěvek k přírodnímu ozáření člověka (zhruba polovinu efektivní dávky) přináší inhalace radonu. Z toho důvodu je také radonu věnována mimořádná pozornost a jsou limitovány jeho přípustné koncentrace v uzavřených prostorech a koncentrace jeho mateřského radionuklidu 226Ra ve stavebních materiálech.

Tabulka 1: Průměrné dávky záření, kterým je vystaven člověk. Zdroj: J. Hůlka: Přírodní radioaktivita a její rozdělení. In: V. Klener (ed.): Principy a praxe radiační ochrany, Praha, SÚJB 2000, s. 499-504
Tabulka 1: Průměrné dávky záření, kterým je vystaven člověk. Zdroj: J. Hůlka: Přírodní radioaktivita a její rozdělení. In: V. Klener (ed.): Principy a praxe radiační ochrany, Praha, SÚJB 2000, s. 499-504

Měli bychom si uvědomovat skutečnost, že přírodní ionizující záření je neoddělitelnou součástí životního prostředí a člověk je mu neustále vystaven. Může to výrazně přispět k realistickému vyhodnocení závažnosti čas od času se objevujících poplašných zpráv o radioaktivním mraku šířícím se nad Evropou, ať již je to z japonské jaderné elektrárny Fukušima poškozené vlnou tsunami, z úniku 131I při výrobě medicínských radionuklidů v Budapešti, nebo kdykoli jindy. Tím samozřejmě nemá být zlehčen význam úniků radionuklidů při velkých haváriích, jako byl Černobyl nebo Fukušima, pro oblasti v bezprostřední blízkosti místa havárie.

prof. Ing. Ladislav Musílek, CSc., FJFI ČVUT v Praze, psáno pro Atominfo.cz

13 Comments

  • alex

    Ladislav Musílek je místopředseda závodního výboru KSČ, který poškodil tolik lidí. Proč mu dáváte prostor?

  • alex

    Renome Ladislava Musilka je opravdu dosti pochybne. Jak uvadi ve svem zivotopise, habilitaci dostal z rozhodnuti strany v roce 1983, profesuru si udelil sam (predsedal sve vlastni komisi na fakulte), odbornych publikaci hodnych toho jmena ma naproste minimum. Na fakulte jsou desitky lidi s mnohem lepsim odbornym renome. Na fakulte i na univerzite vzdy reprezentoval nejkonzervativnejsi krido (stare komunisty), predloni byl konecne vyhozen pro neschopnost, kdyz jeho podpurci vymiraji nebo opousteji univerzitu ve svych 70 – 75 letech. To jste si tedy vybrali !

    • admin

      Dobrý den, profesor Musílek na fakultě stále působí a čile učí, minimálně jedna z Vámi uvedených skutečností tedy není pravdivá. Jeho publikace lze dohledat například na Web of Science nebo odkazu, který jsem uvedl níže. Založil například laboratoř pro využití radioaktivního záření ve výzkumu památek. Pokud máte nějaký tip na lepšího odborníka, budeme za něj rádi, s FJFI máme velmi dobré vztahy 🙂

  • […] Poznámka Atominfo.cz: podle webu DiscoverMagazine.com (zde), odkud je převzat obrázek zmutovaného motýla, jsou motýli druhem, který je extrémně citlivý vůbec na jakékoliv změny ve svém životním prostředí, což je ostatně důvod, proč vědci začali právě s ním. Jejích genomy jsou dobře prozkoumány a je snadné zjistit odchylky a mutace. U větších živočichů už to tak jednoduché zdaleka není, například účinek malých dávek záření na lidský organismus je velmi obtížné vyhodnotit kvůli mnoha vzájemně protichůdným biologickým procesům, které v našem těle probíhají. Více například zde. […]

  • Alex

    Kam Musilek slapne, tam sedm let trava neroste, jeho kariera je lemovana znicenymi osudy a znicenymi projekty. Proc jen ho tam ti komunisti takovou dobu drzeli?? Asi vedel, do ktereho zadku se co nejhloubeji zavrtat.

  • […] Upozornil na to, že odpad a látky vypouštěné z jaderných elektráren podléhají normám vycházejícím z hodnoty 10 mikrosievertů za rok, přitom například obyvatelé Finska dostávají z přírodních zdrojů dávky tisíckrát vyšší – 10 milisievertů za rok. Reálný vliv na lidské zdraví mají dávky s hodnotami od 100 milisievertů silného jednorázového ozáření. Za život může člověk dostat celkovou dávku 500-600 milisievertů z přírodního pozadí bez jakýchkoli zdravotních následků (více o přírodní radiaci a jednotkách, ve kterých jsou měřeny dávky, zde). […]

  • Ladislav Strnad

    Překvapuje mně (ještě stále i skoro čtvrtstoletí od převratu), jak i na odborných fórech převažuje politická nenávist a haštěřivost nad pohledem na tzv. „jádro pudla“, na odbornost a práci autora článku nebo příspěvku. Jen se zeptám pánů předřečníků na jednu otázku: Páni odborníci, když vám tak vadí minulost pana Musílka, můžete dát dohromady taky nějaký fundovaný a odborný článek, publikovat jej, nebo dát odkaz na publikaci na jiném místě? Pokud ano, tak se omluvím a hluboce před vámi smeknu. Pokud ne, tak jste pouze přízemní závistivci, kteří z neschopnosti vlastní tvořivé práce v podstatě obviňují ty kteří to umí. Sorry. Ladislav Strnad.

  • Soudruh Musílek není fundovaný

    Ano, já třeba osobně jsem a taky jsem to mnohokrát udělal. Vyjádření ovšem, že soudruh Ladislav Musílek je „fundovaný“ je přece jen dost silné. Ladislav Musílek pravděpodobně nesplňuje ani mírná kritéria ČVUT pro udělení titulu profesora se svými mizernými publikacemi.

    • admin

      Pokud se považujete za odborníka většího s úctyhodnějšími publikacemi, sluší se představit a uvést na ně nějaký ověřitelný odkaz. Admin

  • Jan

    Píšu jako bývalý student ČVUT, a řeknu jen jedno: Musílek je zmetek, a jiné komentáře na něj mě nepřekvapují. Jak vyhazoval lidi od zkoušek, to bylo něco, na co nezapomenu. Popsal jsem mu tam cca 5A4 a pak se ptal pouze na to, co nemám napsáno. S úlisným a podrazáckým úsměvem na tváři mi pak sdělil, že to je normální a že končím. Tímto způsobem jsem vyletěl a nebyl jsem sám.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..