Radioactivitatea apelor naturale

Radioactivitatea este un fenomen fizic prin care nucleul unui atom instabil, numit i radioizotop, se transform spontan (sedezintegreaz), degajnd energie sub form de radiaii diverse (alfa, beta sau gama), ntr-un atom mai stabil. Prin dezintegrare atomul pierde i o parte din mas. Termenul de radioactivitate a fost folosit pentru prima dat de Marie Curie.Pentru a se nelege fenomenul de radioactivitate trebuie pornit de la structura atomului, care are n centru un nucleu n jurul cruia orbiteaz electronii. Nucleul este format din particule ncrcate pozitiv protoni i particule neutre neutroni, denumite generic nucleoni. Toi atomii unui element chimic au acelai numr de protoni, dar pot avea numere diferite de neutroni. n funcie de numrul de nucleoni elementul chimic are mai multe specii numite izotopi.n interiorul nucleului acioneaz dou tipuri de fore: fora de respingere dintre protoni (de natur electric) i fora de atracie dintre nucleoni (de natur nuclear). Cnd cele dou fore sunt n echilibru izotopul este stabil. Pentru nucleele care conin neutroni n exces cele dou fore nu mai sunt n echilibru, iar izotopul este instabil i se dezintegreaz spontan prin emisie de radiaii.Spre exemplu izotopul 20983 Bi are 83 de protoni i 126 neutroni i este un izotop stabil. Izotopul 21183Bi are doi neutroni n plus i este instabil. Pentru a atinge stabilitatea nucleul 21183Bi emite o particul alfa. Aceti izotopi sunt radioactivi.Clasificarea radionuclizilor naturali Sursele naturale de radiaii pot fi clasificate n:surse aflate exterioare organismului umanoradiaia cosmicode origine terestrsurse din organism, reprezentate de radionuclizii ptruni n organism prin inhalare, ingestie i prin piele.Fondul natural de iradiereRadioactivitatea natural este constituit din radionuclizii prezeni n mediul nconjurtor (aer, sol, ap, vegetaie, organisme animale, inclusiv n om) din cele mai vechi timpuri, nc de la formarea planetei Pmnt. Aa cum s-a explicat mai sus, doza radiaiei pe care o primete omul din surse naturale se datoreaz att radionuclizilor din organism, ct i celor aflai n mediul nconjurtor.Pentru Romnia, fondul natural de iradiere, adic doza efectiv total datorat radiaiilor de origine natural primite de om, are valoarea medie de 2,27 mSv pe an, mai mic dect valoarea similar calculat pentru ca mediu pentru ntreaga populaie a planetei - 2,4 mSv pe an.Radiaiile gamma, emise de radionuclizii naturali existeni mai ales n sol, aer, i materialele din care sunt construite locuinele, iradiaz ntregul organism al omului cu o doz efectiv care a fost calculat la valoarea medie de 0,46 mSv pe an pentru fiecare cetean din Romnia. Aceast valoare poate cunoate variaii foarte mari n funcie de o serie de factori: geologia solului, structura cldirilor i timpul de staionare n locuin (vezi subiectul "Radonul i thoronul n locuine").

Totui este de reinut faptul c nivelul de expunere la radiaia natural poate varia foarte mult, n principal datorit tipului de roci din care este format substratul geologic. n unele zone din India, Brazilia, Congo sau Suedia, fondul natural de iradiere este de pn la 10 ori mai ridicat. Radioliza apei Energia radiatiilor ionizante patrunse in organism este absorbita in cea mai mare parte de molecula de apa care pierde un electron si se transforma in ion pozitiv. Electronul este captat de alta molecula de apa care se transforma intr-un ion negativ.Actiunea biologica primara a radiatiilor ionizante are intotdeauna doua componente:- efectul radiobiologic direct, care corespunde unor transformari, denaturari si inactivari ale unor biomolecule;- efectul radiobiologic indirect, care corespunde alterarilor morfologice si munctionale ale unor structuri biologice.Sub actiunea radiatiilor, solventul principal, apa se descompune si se transforma in agenti chimici reactivi,care ataca moleculele dizolvate. De aceea, analiza descompunerii apei a influentei radiatiilor asupra ei este indispensabila pentru intelegerea corecta a efectului radiobiologic indirect.Iradierea apei cu raze X sau gamma "activeaza" apa, determinand aparitia de radicali liberi H+ si OH, care produc modificari chimice ale substantelor dizolvate (oxidari, hidroxilari, initieri de polimerizari etc).Un electron cu o energie de 1 MeV (sau 6 eV) strabate molecula de apa in 10-18 secunde sau 10-16 secunde. Dupa 10-15 sec are loc trecerea intr-o stare excitata prin reorganizarea norului electronic, fara o modificare esentiala a scheletului nuclear al moleculei. Dupa 10 sec. incep sa se evidentieze diferentele in resimul de vibratie al nucleelor in norul electronic restructurat. Daca energia de excitare este suficienta, poate avea loc o disociere a moleculei excitate nestabile din cauza cresterii mari a amplitudinii vibratiilor pe directia legaturii H-OH. Practic H2O se rupe in H + OH. Ruptura brusca a sarcinilor provoaca un soc de polarizare, care face ca ionii H3O+ sa se gaseasca intr-o stare excitata, nestabila. Acest proces poate fi considerat si ca o captare de catre ionul H2O+ a unui electron ce polarizeaza molecula neutra de apa, intr-o reactie de tipul: H2O+ + H2O = H3O+ + OH' + e, ceea ce implica simultan si un schimb de protoni. Apa iradiata are proprietati oxidante datorate actiunii radicalilor OH si HO:2 sau apei oxigenate. Toti radicalii pot produce diverse reactii: polimerizari, formari de punti, reactii in lant etc.MSURAREA RADIOACTIVITII CU CONTOR GEIGER MLLERMotivul iniial pentru care s-a realizat acest aparat este, c laboratorul de fizic din cadrul liceului a avut nevoie de un contor de msurare a radioactivitii. Punctul de pornire a constat dintr-un aparat descris n revista Radiotechnika[2], care a putut s semnaleze radioactivitatea prin semne acustice, dar nu stia s numere particulele emise. O soluie modern pentru rezolvarea acestei probleme a constat n folosirea unui microcontroller. Acum s-a pus problema alegerii potrivite, a tipului de microcontroller. Familiile disponibile au fost familia PIC, si familia AVR. Conform descrierilor tehnice familia AVR are multe avantaje fa de familia PIC, att din punct de vedere al preului ct i al calitii. Arhitectura microcontrollerilor AVR este mult mai buna (un set de instruciuni mai bun, i un raport de 1 MIPS/MHZ). Microprocesorul ales a fost un microcontroller AVR pe 8 bii, microcontrollerul AtMega8. n afar de un microcontroller a mai fost necesar i o metod de afiare a datelor.Structura Aparatului Acest aparat are dou pri distincte. Prima parte este partea de tensiune mare, care este responsabil pentru generarea tensiunii pentru funcionarea tubului, i conine amplificatorul. Cealalt parte este partea digital care este protejat de un optocuplor (optocuplorul conine un led i un fototranzistor, n acest fel circuitul este separat). Partea digital este responsabil pentru numrarea impulsurilor i pentru scrierea datelor pe ecran. Radonul i Thoronul n locuine Radonul i thoronul sunt gaze inerte, care se formeaz din dezintegrrile radioactive n condiii naturale n rocile specifice fiecrui substrat geologic, dar poate fi emanat i de materialele de construcie folosite la cldiri.Principalele surse de radon i thoron pentru interiorul locuinelor, l constituie materialele de construcie, dar i substratul caracteristic amplasamentelor respective caracterizat prin valori specifice. Sprturile i fisurile din materialele de construcie (cele din pardoseal, din jurul evilor, etc) constituie principalele ci de ptrundere a radonului n locuin.Toate materialele de construcie (lemn, crmid, beton, materiale de izolaie, materiale plastice etc.) i au originea n crusta terestr i conin concentraii foarte reduse de elemente naturale radioactive, n special uraniu, radiu i thoriu. Dintre materialele de construcie, lemnul are cel mai redus coninut de radiu (implicit de radon) iar crmida, betonul, gresia i faiana au valorile cele mai ridicate.Migrarea i transportul radonului i thoronului din sol sau materialele de construcie spre aerul din interiorul locuinelor depinde de: porozitate respectivelor materiale, umiditate, diferenele de presiune ntre aerul din cas i cel din afar, precum i de viteza vntului, curenii de aer, etc.Faptul c majoritatea oamenilor staioneaz 75 80% din timpul lor n interiorul cldirilor (locuine, birouri, sli de spectacol sau de sport etc.) i protejeaz parial de radiaia cosmic i de cea terestr (din sol), dar i expune aciunii radonului acumulat n ncperile neaerisite sau nchise etan un rol n aceast etanare l are i tehnologia geamurilor termoizolante tot mai rspndite, cnd vine vorba de industria construciilor i de renovarea apartamentelor. Pornind de la msurri efective a concentraiei radonului n diferite locuine n ara noastr, s-a calculat valoarea medie a dozei efective dat de acest radionuclid aceasta se situeaz n jurul unei medii de 1,41 mSv pe an n mediul rural i de 1,22 mSv pe an n mediul urban.Concentraia radonului n locuine crete pe timpul nopii, cnd apare o acumulare puternic datorit reducerii ventilaiei naturale i se reduce semnificativ dimineaa la deschiderea ferestrelor i uilor.Radonul, cu toate c este gaz nobil i inert, ptrunde n organismul uman, mai ales prin inhalare, dar i prin ap i alimente. Fiind solubil n fluidele i esuturile grase din organism, devine un potenial factor de risc pentru sntatea omului. S-au semnalat diverse boli, mai ales la minerii din mineritul radioactiv (carcinoame pulmonare epidermoide i microcelulare), corelate cu inhalarea de gaze bogate n radon alturi de particule fine de praf sau aerosoli contaminate cu produi de dezintegrare ai radonului i thoronului.In concluzie, ca n multe alte ri radonul i thoronul contribuie cu peste 50% din fondul natural de iradiere. De aceea, este necesar supravegherea nivelului radonului n locuine pentru asigurarea sntii publice astfel prin utilizarea de materiale adecvate de construcie, msuri de ventilaie corespunztoare trebuie evitata depirea dozei efective maxime admise pentru populaie care este de 1 mSv pe an peste fondul natural de iradiere (2,4 mSv pe an).Utilizarea n scopuri panice a energiei rezultate (electricitate, propulsie etc.) necesit i tratarea, n uzine speciale, a combustibilului nuclear uzat i a radionuclizilor de fisiune, urmat de stocarea n deplin siguran a deeurilor cu radioactivitate ridicat pentru un timp ndelungat (de sute, chiar mii de ani de zile). Radionuclizii artificiali, mai ales cei obinui prin activare cu neutroni n reactoare nucleare, sunt utilizai n diverse activiti economice, medicale sau de cercetare, cu beneficii certe pentru omenire. Printre cele mai cunoscute utilizri ale radionuclizilor artificiali sunt: cobalt 60 i iod 131 n tratarea diverselor forme de cancer. Utilizarea radiaiilor n domeniul medical implic expunerea persoanelor respective la doze semnificative (care pot ajunge i chiar depi valori de pn la 50 mSv). In prezent, media pentru ntreaga populaie a rii pentru expunerea la radiaii n domeniul medical ajunge pentru Romnia la valoarea aproximativ de 0,30 mSv pe an. Inlocuirea vechilor aparate de raze X n multe spitale, precum i reducerea numrului de astfel de investigaii pentru cetenii Romniei explic scderea acestei valori medii de la 0,50 mSv pe an, calculate pentru nceputul anilor 1990.Doza primit de populaiea rii ca urmare a utilizrii i eliminrii radionuclizilor n mediu (laboratoare de cercetare, industriale, de medicin nuclear etc.), inclusiv de la centralele nucleare n condiii normale de funcionare, este destul de redus, cifrndu-se la cca 0,001 mSv pe an. Expunerea dat de alte surse de radiaii (zborul cu avionul la altitudine mare, cadranele luminiscente ale ceasurilor, ecranele televizoarelor etc.)este de cca 0,08mSv pe an.Se poate spune c populaia rii noastre primete o doz efectiv anual de cca 2,27 mSv de la radiaiile de origine natural (fondul natural de iradiere), la care se adaug 0,33 mSv pe an de la sursele artificiale. In total, populaia Romniei primete o doz efectiv anual de cca 2,6 mSv, 87,3% datorndu-se fondului natural de iradiere.