Μελέτη της συμπεριφοράς των θυγατρικών ραδιοϊσοτόπων του ραδονίου στον ατμοσφαιρικό αέρα

Abstract

Everyone is exposed to natural or background radiation due mainly to the to cosmic rays and naturally occurring radioactive substances existing in the Earth and inside the human body. Human activities like the mining, the use of ores, the production of energy by burning coal containing terrestrial radiation sources cause additional radiation exposure to naturally existing radioactive substances. Over the last decades more radiation sources have been released into the environment, as residues from nuclear power plants and nuclear weapons tests. Some of this contamination is local, rendering the immediate surroundings highly radioactive, while some of it is carried longer distances as nuclear fallout dispercing worldwide. Although such human activities increase the radiation exposure they remain only a small fraction (18%) of the global average level of radiation exposure. The most significant contribution to natural exposure of humans is due to radon gas and its short-lived decay products. [NCRP, 1987] Radon is a colourless, odourless, naturally occurring, radioactive noble gas and thus its behaviour is not affected by chemical processes. It is a terrestrial source of ionizing radiation, decay product of radium, and it can be found in high concentrations representing a significant health hazard. While the health risks of high radon concentration in underground mines have been known for a long time environmental radon exposure was supposed regardless until 1970. Radon seeps out of ores containing radium and as an inert gas it diffuses through soil pores and rock fractures into the atmosphere or into ground water. Then is rapidly dispersed and diluted by natural convection and turbulence. When a dwelling is present, radon may migrate into this structure and its accumulation indoors increases the radiation exposure of habitants. Once in the air atmosphere radon atoms decay producing isotopes of polonium, lead, and bismuth. From a radio-biological aspect of view those of polonium 218Po and 214Po are considered to be the most dangerous as during their decay polonium isotopes emit α-particles of high energy. Those positively charged particles interact strongly with the molecules of the cells causing the DNA chains. All radon daughters are heavy metals chemically very active and may exist briefly as ions and/or free atoms before forming molecules or being attached to aerosol particles, forming radioactive aerosols. A variable proportion of airborne radon daughters remains unattached and is referred as the airborne-unattached or free fraction. This fraction may be inhaled and deposited mainly upon the upper part of the respiratory tract, in which they release all their emissions. The aerosol particle size distribution of the aerosolattached fraction in the inhaled air also strongly influences the dose to the airways, because particles of different sizes deposit preferentially in different areas of the respiratory tract

Ο άνθρωπος είναι εκτεθειμένος στις ακτινοβολίες, οι οποίες προέρχονται κυρίως από τα φυσικά ραδιενεργά ισότοπα καθώς και από την κοσμική ακτινοβολία. Η ανάπτυξη της πυρηνικής τεχνολογίας και η εφαρμογή της στην παραγωγή ενέργειας αλλά και στα οπλικά συστήματα έχει προσθέσει ακόμα έναν παράγοντα κινδύνου για την ανθρώπινη υγεία. 6στόσο έχει αποδειχθεί από σειρά ερευνών ότι οι ανθρωπογενείς πηγές ραδιενέργειας επηρεάζουν πολύ λιγότερο τον ανθρώπινο πληθυσμό (σε ποσοστό που ανέρχεται μόλις στο 18% της συνολικής έκθεσης σε ραδιενέργεια) σε σχέση με τη φυσική ραδιενέργεια [NCRP, 1987]. Έτσι σήμερα, παρά τον «εμπλουτισμό» του περιβάλλοντος με ραδιοϊσότοπα προερχόμενα από την ανθρώπινη δραστηριότητα, το 82% της έκθεσης σε ραδιενέργεια προέρχεται από φυσικές πηγές. Σε ποσοστό 55% επί του συνόλου της ραδιενεργού δόσης που λαμβάνεται από όλες τις διαθέσιμες (φυσικές και ανθρωπογενείς) πηγές, ανέρχεται η ραδιενεργός δόση που οφείλεται στο ραδιενεργό αέριο ραδόνιο και τα θυγατρικά του ραδιοϊσότοπα. Το ποσοστό αυτό αντανακλά τη σπουδαιότητα της μελέτης της συμπεριφοράς του ραδονίου και της παρακολούθησης των συγκεντρώσεών του, ειδικά εκεί όπου αναμένεται να είναι αυξημένες. Αποτελεί δε ένα από τα σημαντικότερα αντικείμενα ερευνών του επιστημονικού κλάδου της ακτινοπροστασίας. Μέχρι το 1970, οι μελέτες που αφορούσαν το ραδόνιο είχαν επικεντρωθεί σε χώρους στο υπέδαφος (ορυχεία, σπήλαια κλπ) όπου οι συγκεντρώσεις ραδονίου είναι υψηλότερες σε σχέση με την επιφάνεια της Γης. Στη συνέχεια όμως αρκετοί ερευνητές εντόπισαν υψηλές συγκεντρώσεις σε κατοικίες και κτίρια. Αυτό ήταν η πρώτη ένδειξη ότι το ράδιο, ο μητρικός πυρήνας του ραδονίου, μπορεί να βρεθεί, εκτός του υπεδάφους, εντός των δομικών υλικών σε ποσότητες που να είναι ικανές να δημιουργήσουν αθροιστικά αυξημένη συγκέντρωση ραδονίου στο εσωτερικό των κτιρίων, όπου διαμένει ή εργάζεται πληθυσμός. Πράγματι, αμέσως μετά το σχηματισμό του μέσα σε ένα δομικό υλικό το ραδόνιο ως ευγενές αέριο δεν αλληλεπιδρά με άλλα μόρια και κινείται σχετικά ελεύθερα διαμέσου των πόρων του υλικού διαχεόμενο προς το εσωτερικό των κτιρίων. Εκεί, η συγκέντρωσή του μπορεί να φθάσει σε επικίνδυνα για την υγεία επίπεδα ειδικά εάν ο εξαερισμός των χώρων δεν είναι επαρκής. Η αυξημένη συγκέντρωση ραδονίου πολλαπλασιάζει την πιθανότητα ανάπτυξης καρκίνου του πνεύμονα. 6στόσο, δεν είναι αυτό κάθε αυτό το ραδόνιο υπαίτιο για την ακτινοβόληση του ανθρώπινου οργανισμού. 6ς αέριο εισπνέεται (διαδικασία εισόδου στον οργανισμό) αλλά και εκπνέεται (διαδικασία εξόδου) και έτσι η πιθανότητα να αποδιεγερθεί το ραδόνιο εντός του οργανισμού κατά τη σύντομη διαδικασία εισπνοής-εκπνοής είναι μικρή. Τα ραδιενεργά του προϊόντα ευθύνονται για το μεγαλύτερο ποσοστό της ακτινοβόλησης του οργανισμού. Από τα θυγατρικά του, τα ισότοπα του πολωνίου 218Po και 214Po θεωρείται ότι έχουν την μεγαλύτερη ράδιο-βιολογική επικινδυνότητα [UNSCEAR, 2000]. Αποδιεγείρονται εκπέμποντας ακτινοβολία άλφα, με ενέργεια 6.0 ΜeV και 7.7 MeV αντίστοιχα η οποία αλληλεπιδρά έντονα με τα μόρια του DNA των κυττάρων προκαλώντας χημικές μεταβολές. Οι μεταβολές αυτές καταλήγουν σε βλάβες για τον οργανισμό οι οποίες εκδηλώνονται είτε με το θάνατο των κυττάρων είτε με γενετικές μεταλλάξεις που συχνά οδηγούν στην ανάπτυξη της νόσου.