Promieniowanie. Część 4: Działanie w przypadku skażenia

Apokalipsa – obraz Alberta Goodwina (1903)

źródło: Wikipedia, domena publiczna

To wcale nie musi być wojna. Nie musi eksplodować wielka bomba, którą przyniesie rakieta. Nie musimy zobaczyć efektownego grzyba widocznego z wielu kilometrów.

Skażenie radiacyjne (promieniotwórcze) może nastąpić lokalnie, w zasadzie po cichu. Wystarczy, że jakaś paranoiczna grupa terrorystyczna użyje brudnej bomby (ang. dirty bomb). O brudnej bombie pisałem już na blogu jakiś czas temu. Jak to może wyglądać? Ktoś podłoży mały ładunek wybuchowy zawierający pewną ilość izotopów promieniotwórczych, dla bezpieczeństwa wyposażony w zapalnik zdalny albo czasowy. Spokojnie sobie odejdzie na bezpieczną odległość. I tyle. Nastąpi eksplozja, którą będzie słychać tak, jak czasami słyszymy, gdy ktoś odpala petardę czy mocniejsze fajerwerki. I w tym momencie wszystko się zaczyna. Ładunek zostanie rozproszony po okolicy bliższej i nieco dalszej. Nie będzie żadnych ostrzeżeń, nic nie będzie śmierdzieć, nie będzie efektownych kolorowych obłoków. Nic się nie da wyczuć, jeśli nie będziemy przy sobie mieli odpowiedniego miernika/dozymetru, a chyba mało kto nosi go ze sobą. Dlatego cały czas powtarzam, że właśnie taki rodzaj skażenia promieniotwórczego jest szczególnie niebezpieczny.

Jeśli zobaczymy w bliskiej okolicy grzyb atomowy, sprawa jest względnie prosta. Jeśli będziemy blisko, najczęściej nawet nie zdążymy się pożegnać z bliskimi. Po prostu odparujemy i tyle. Kto wie, czy to nie jest najlepsze rozwiązanie.

Jeśli chcecie sprawdzić, jak by to było w waszej okolicy, możecie skorzystać z jednego z wielu symulatorów eksplozji nuklearnej, np. Nuclear Secrecy.

Radzę zacząć od małej bomby, np. takiej jak w Hiroszimie – 15 kt TNT. Potem możecie iść na całość i zrzucać bomby megatonowe. W punkcie 3. radzę zaznaczyć „Casualties” (ofiary) oraz „Radioactive fallout” (opad promieniotwórczy). Gotowe, odpalamy i oglądamy. Uwaga: nie proponuję tego po to, aby was straszyć. Chodzi mi tylko (albo aż) o uzmysłowienie sobie, jak straszliwa jest ta broń.

Ale załóżmy, że była to bomba, która została zdetonowana daleko, albo że mieliśmy do czynienia z brudną bombą. Co w takiej sytuacji robić? Czy np. wiecie, jak wyglądają komunikaty o skażeniu promieniotwórczym? Obawiam się, że wątpię.

Po ustaniu niebezpieczeństwa zostanie nadany sygnał ciągły, niemodulowany, także trwający 3 minuty, z komunikatem: „Uwaga! Uwaga! Uwaga! Odwołuję alarm o skażeniach promieniotwórczych dla… (tu ma być podany obszar zagrożenia – wieś, miasto, dzielnica)”.
Podobny komunikat usłyszymy w przypadku skażenia chemicznego i biologicznego.

Tu znajdziecie oficjalne informacje rządowe związane ze stanem zagrożenia radiacyjnego.

No dobrze, ale co zrobić pomiędzy tymi dwoma komunikatami? W sieci na pewno znajdziecie setki stron, które to opisują. Ja ograniczę się do najbardziej podstawowych punktów.
Zapewne nie jesteście preppersami, którzy są zawsze przygotowani na takie wydarzenie. Mają wszystkie zapasy oraz miejsce schronienia. Ten tekst nie jest dla nich, piszę dla ludzi, którzy będą zaskoczeni wydarzeniami i nie przygotowywali się.
Po pierwsze – starajmy się nie panikować! Wiem, że łatwo się mówi, ale to tylko taka rada.

Zapamiętajmy trzy istotne zasady, jeśli chodzi o promieniowanie:

1. Im krócej będziemy wystawieni na promieniowanie, tym mniejszą dawkę przyjmiemy. Wniosek: ukryj się!
2. Im dalej jesteś od źródła, tym lepiej.
3. Każda, nawet niepozorna osłona zmniejsza narażenie.

Jeśli więc usłyszycie syrenę i komunikat, zbierajcie się. Gdy jesteście na zewnątrz, poszukajcie schronienia (biorąc pod uwagę każdy z powyższych punktów). Wchodząc do domu zdejmijcie całą wierzchnią odzież, włóżcie do plastikowego worka (razem z butami), zaklejcie go. Przepłuczcie nos i usta, umyjcie twarz, włosy, jeśli się da – weźcie prysznic. Zamknijcie okna, zasłońcie wywietrzniki, uszczelnijcie kominy i kominki. Wyłączcie wentylację, klimatyzację i wszelkie nawiewy. Napuśćcie wody do pojemników, do wanny/wiadra – jako gospodarczą, będzie przydatna do toalety. Nie wychodźcie z domu, mury was chronią, przynajmniej częściowo.

– woda (w lekkich, plastikowych pojemnikach),

– leki, które przyjmujecie stale + przeciwbólowe/przeciwgorączkowe, apteczka pierwszej pomocy,

– wilgotne chusteczki odkażające,

– maska przeciwpyłowa,

– ubranie (luźne, wygodne), buty (byle nie odkryte, żadnych sandałków!),

– koc ratunkowy (folia złoto-srebrna),

– worki plastikowe (dużo!),

– latarka (najlepiej LED),

– telefon + ładowarka,

– radio bateryjne (jeśli macie) + zapasowe baterie,

– power bank,

– dokumenty,

– jedzenie – tylko trwałe: napoje w butelkach, konserwy (nie zapomnijcie o otwieraczu!), jedzenie o długiej trwałości, szczelnie opakowane, suchary itd.,

– miska, łyżka, nóż.

Jeśli ogłoszą ewakuację, nie czekajcie. Spakujcie ważne rzeczy, najlepiej do plecaka, bo niesienie walizki czy torby jest niewygodne. Zapewne będziecie kierowani na nawietrzną (czyli pod wiatr), więc zawczasu sprawdźcie kierunek wiatru.

Schron? No cóż… to nie Szwajcaria. Można założyć, że schrony nie istnieją (wiecie, gdzie w waszej okolicy znajduje się ogólnodostępny schron?). Teoretycznie możecie się schronić w piwnicy, ale na pewno nie na długo, ponieważ nie ma tam ani filtrów, ani żadnej infrastruktury.

Pomarzyć sobie można – tak Bing Chat narysował schron przeciwatomowy

I jeszcze jedna prośba. Bądźcie empatyczni. Pomyślcie o sąsiadach, szczególnie starszych i być może niepełnosprawnych. Mogli nie usłyszeć syreny albo nie zrozumieć komunikatów. Zapukajcie do nich, spytajcie, czy nie potrzebują pomocy w ewakuacji. Pomóżcie im się spakować, weźcie z sobą. Ot, taki ludzki odruch.

Eksplozja bomby jądrowej to nie tylko promieniowanie. Do tego dochodzi ciśnienie, a także często pomijany w opisach impuls elektromagnetyczny (EMP – electromagnetic pulse). Ten ostatni może „usmażyć” energetykę (nie będzie prądu), a także elektronikę (w tym stacje bazowe sieci komórkowej, nie mówiąc już o samochodach). Niewykluczone więc, że zostaniemy odcięci od zasilania, zapewne na dłużej. Może więc nie działać telefonia, telewizja i radio. Bomba zdetonowana w powietrzu może doprowadzić do poważnych zakłóceń w promieniu ponad tysiąca km, a także wywołać burzę magnetyczną.
Uwaga: piszę to wszystko nie po to, aby was straszyć. Chodzi mi raczej o to, abyście sobie zdali sprawę ze złożoności problemów, które w takiej sytuacji mogą wyniknąć.

A w następnym odcinku będzie o izotopach w służbie nauki. Nie będę straszył, obiecuję.

Promieniowanie. Część 3: Dawka, moc dawki, gdzie znajdziemy dane

Z poprzednich odcinków dowiedzieliście się, czym jest promieniowanie i jak to jest z tym półrozpadem (czasem półtrwania). Dziś chciałbym opowiedzieć trochę o sprawach praktycznych, w tym o jednostkach związanych z promieniowaniem. Pisał o tym dość obszernie Lucas. Już tam mogliście się zorientować, że jest z tym duże zamieszanie. Są jakieś rentgeny, rady, bekerele, greje, siwerty, remy, repy. Ba, mamy też różne dawki: równoważną, skuteczną, efektywną, progową i wiele innych. Żeby wszystko było bardziej zagmatwane, mamy też takie pojęcia, jak moc dawki i jej jednostki. Każdy, kto miał wykłady z chemii albo fizyki jądrowej czy też radiochemii, zapewne pamięta uczenie się tych definicji. Nie, nie zamierzam was tym wszystkim katować, bo to nie ma żadnego sensu.

Kwestiami związanymi z pomiarami promieniowania zajmuje się dozymetria. Jest to dział fizyki jądrowej obejmujący przede wszystkim pomiary, ale też obliczenia dawek promieniowania.

Zacznijmy od podstaw. Jednostką promieniowania w układzie SI jest bekerel (Bq). Nazwa pochodzi oczywiście od pana Becquerela, jednego z odkrywców promieniowania. Próbka, w której zachodzi jeden rozpad na sekundę, ma aktywność 1 Bq. Jest to niezwykle mała wartość, zwykle mamy wartości rzędu MBq czy nawet GBq. Przykładowo: 1 gram radu ma aktywność 36,6 GBq. Aktywność wynikająca z obecności w naszym organizmie potasu-40 (pisałem w odcinku #1 o bananach) wynosi 4 kBq.

Kolejną ważną jednostką jest grej (Gy). W grejach mierzy się dawkę pochłoniętą, np. przez organizm człowieka. 1 grej to dawka promieniowania o energii 1 dżula na 1 kg masy (1 Gy = 1 J/kg). Im większa dawka, tym więcej szkód – sprawa jest prosta. Wystarczy kilka grejów, aby efekt był porażający (pamiętacie naukowców i strażaków wymiotujących po kilku minutach obecności w Czarnobylu?). 6-8 grejów powoduje zwykle śmierć w ciągu 2-4 tygodni, jeśli człowiek pochłonie więcej niż 30 Gy, praktycznie nie ma szans, aby przeżyć więcej niż 2 dni.

Jeśli mówimy o ryzyku pochodzącym od promieniowania jonizującego, posługujemy się siwertami (Sv). Wiadomo, że każdy nasz organ inaczej reaguje na promieniowanie. Dlatego też wprowadzono pojęcie dawki równoważnej, której jednostką jest właśnie siwert. W praktyce jest to dawka w grejach pomnożona przez tzw. współczynnik wagowy, a więc tu mamy też 1 J/kg. Uwaga: siwert jest dawką bardzo dużą. Uznaje się, że człowiek, który pochłonął dawkę 1 Sv, ma niewielką szansę, aby przeżyć, jeśli natychmiast nie otrzyma specjalistycznej pomocy lekarskiej.

Opis wydarzeniaDawka
Zjedzenie banana0,10 µSv
Mieszkanie przez rok w pobliżu elektrowni jądrowej0,11 µSv
Mieszkanie przez rok w pobliżu elektrowni węglowej0,38 µSv
Lot przez Atlantykok. 100 µSv
Rentgen klatki piersiowejok. 100 µSv
Mammografiaok. 400 µSv
Tomografia klatki piersiowejok. 7 mSv
Bezpieczna roczna dawka1 mSv
Roczna dawka astronauty420 mSv
Choroba popromienna1 Sv
Śmierć w ciągu kilku godzin100 Sv

Tu muszę wspomnieć o jeszcze jednej jednostce. Obecnie w zasadzie nie używa się jej, ale wszystkie starsze pomiary były podawane w rentgenach (R). Można zapamiętać, że 1 rentgen to w przybliżeniu 10 mSv.

Ale dawka to jedno, a czas ekspozycji na promieniowanie też ma znaczenie. Dlatego też mamy jedno bardzo ważne pojęcie – moc dawki. Można ją określić jako natężenie promieniowania. Jednostką jest Sv/h. Zwracam uwagę na to, że jest to także olbrzymia jednostka. Jeśli spojrzymy na udostępnianą przez Państwową Agencję Atomistyki (PAA) mapę sytuacji radiacyjnej w kraju, możemy zobaczyć aktualne wartości mocy dawki promieniowania gamma.
Znajdziemy tam dane dotyczące mocy dawki promieniowania gamma mierzone przez kilkadziesiąt stacji pomiarowych. Większość z nich pokazuje wartości mniejsze niż 0,1 µSv/h. Jeśli będą nieco większe, nadal nie ma problemu – tak się dzieje np. w przypadku opadów deszczu. Pyły radioaktywne, które są zawsze w powietrzu, opadają z kroplami i podwyższają te wartości, oczywiście tylko czasowo. PAA dba o nasze bezpieczeństwo – jeśli będzie jakieś zagrożenie, zostaniecie poinformowani.

No dobrze, a poza Polską? Tu mamy do pomocy mapy unijne. Kliknięcie niebieskiego punktu pokazuje nie tylko aktualną moc dawki dla danej stacji (w nSv. Wyjaśnienie: 1 µSv = 1000 nSv), ale także dane z ostatniego tygodnia. Rzućcie okiem na te dane 2-3 dni po opadach, zobaczycie wzrost i spadek mocy dawki. Uwaga: naprawdę warto prześledzić te dane – zobaczycie, że jest wiele miejsc, w których promieniowanie jest kilkakrotnie większe niż w Polsce.

No dobrze, macie już wiedzę o jednostkach. Ale dane muszą się skądś brać. Jakich urządzeń używa się do pomiaru promieniowania? Zacznijmy od najstarszych. Niemal sto lat temu Geiger (uczeń Rutherforda) wraz z Müllerem opracowali urządzenie do detekcji promieniowania. Jest to zamknięty szklany pojemnik wypełniony gazem obojętnym, najczęściej argonem. Wewnątrz mamy metalową anodę, a katodę stanowi metalowa rurka wewnątrz szklanego pojemnika. Do elektrod jest podłączone napięcie stałe, zwykle ok. 500 V. Jeśli do środka dociera promieniowanie, wywołuje ono jonizację, czyli wyrywa elektrony z atomów argonu. Elektrody są pod napięciem, a pomiar polega na wykryciu impulsu napięcia. Reszta to detekcja – słychać trzaski (to pewnie znacie z filmów – jak zaczyna mocno trzaskać, trzeba uciekać), wskazówka licznika się wychyla albo wskaźnik pokazuje wartość liczbową. I tyle. Dzisiejsze liczniki działają na podobnej zasadzie.

Zapewne byliście kiedyś prześwietlani. Każdy z techników i lekarzy pracujących w tych warunkach nosi dozymetr osobisty. Kiedyś był to taki mały biały płaski prostopadłościan przypinany do kitla. To tzw. dozymetr fotometryczny. Wykorzystuje on zjawisko zaczernienia błony fotograficznej promieniowaniem. Po określonym czasie odsyła się go do laboratorium, skąd dostaje się wynik, określający tzw. dawkę skumulowaną. Jest to najbardziej prymitywne, niedokładne urządzenie. Dziś obsługa RTG i podobnych urządzeń ma do dyspozycji małe dozymetry osobiste, które na bieżąco pokazują (zwykle na wyświetlaczu LCD) skumulowaną dawkę przyjętą przez pracownika.

Ale na rynku mamy dziesiątki modeli dozymetrów, niektóre z nich są naprawdę wyrafinowanymi urządzeniami elektronicznymi. Są one dostępne komercyjnie, można je kupić w wielu miejscach za kilkaset złotych. Jeśli ktoś bardzo chce, może to zrobić, ale… no właśnie, tańsze urządzenia nie są skalibrowane i podają wyniki znacząco różniące się od rzeczywistych. Rzetelne urządzenia to koszt tysięcy złotych, a i tak powinny one co jakiś czas być profesjonalnie kalibrowane (wzorcowane). W Polsce zajmuje się tym m.in. Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej (CLOR).

A na sam koniec: jeśli chcecie się dowiedzieć o rozmaitych niebezpieczeństwach na świecie, zajrzyjcie na tę stronę. Można tam znaleźć informacje z całego świata: o wypadkach, trzęsieniach ziemi, zagrożeniach radiacyjnych, biologicznych i chemicznych oraz wielu innych. Naprawdę masa cennych danych.

W kolejnym odcinku napiszę głównie o tym, co robić w przypadku skażenia promieniotwórczego.

Promieniowanie. Część 2: Czas półtrwania

Mówiąc o promieniowaniu, trzeba wspomnieć o jednym z parametrów, które charakteryzują izotopy promieniotwórcze, czyli czasie półtrwania (zwanym niekiedy czasem połowicznego rozpadu, oznaczanym jako t1/2 albo τ1/2). I tu bardzo istotna uwaga, ponieważ to pojęcie jest często niewłaściwie interpretowane. Jeśli mamy pojedynczy atom, nie jesteśmy w stanie odpowiedzieć, kiedy się rozpadnie, nawet jeśli znamy jego czas połowicznego rozpadu. Może się rozpaść po sekundzie, a może też po milionie lat, tego się nie da przewidzieć. Czas półtrwania jest pojęciem statystycznym, a więc dotyczy wielkiego zbioru atomów. Czyli możemy powiedzieć, że jeśli mamy dużą próbkę danego pierwiastka promieniotwórczego, to po czasie równym czasowi półtrwania jego aktywność promieniotwórcza zmaleje o połowę.

Rozpad promieniotwórczy. Wykres spadku aktywności próbki w zależności od czasu
Oś y – % pierwotnej aktywności, oś x – czas. Czas półtrwania – 1 rok.
źródło: Wikimedia, licencja CC BY SA 3.0

I tu kolejna ważna uwaga: dotyczy to aktywności, czyli „siły” promieniowania, a nie masy! Nie jest tak, że np. ze 100 g pierwiastka zostanie 50 g. Przyjrzyjmy się temu dokładniej. Jest sobie atom, powiedzmy uranu-238. Ma on czas półtrwania 4,46 mld lat, a rozpada się, emitując promieniowanie α, przy czym sam zmienia się w tor-234. Masa atomu zmienia się o 4 jednostki, które ulatują w przestrzeń. Oznacza to tyle, że zmiana wynosi niecałe 1,7%. Wniosek: po 4,46 mld lat z próbki 100 g pozostanie nie 50 g, ale 98,3 g – niewielka różnica. Będzie ona jeszcze mniejsza w przypadku izotopów emitujących promieniowanie β. Przykładowo: jod-131 (pamiętamy Czarnobyl!) emitując cząstkę beta (elektron) przekształca się w ksenon-131, przy czym t1/2 wynosi ok. 8 dni. Masa atomu praktycznie się nie zmienia, bo z jądra wyleciał 1 elektron. Policzmy dokładniej. Jeden elektron ma mniej więcej 1/2000 masy protonu, a więc atom stracił (1/2000)/131=0,00038%. Tyle co nic!

Tak naprawdę nie wiemy, dlaczego jedne izotopy rozpadają się szybciej, a inne wolniej. To wielka tajemnica natury. A zakres tych czasów jest niezwykle szeroki. Egzotyczne izotopy (wodór-5, lit-4, hel-10) mają czas półrozpadu rzędu joktosekund (10-24s). Na drugim końcu mamy czasy rzędu niewyobrażalnych kwettasekund (1030s), wielokrotnie przekraczający wiek wszechświata.

Kolejną sprawą jest fakt, że czas połowicznego rozpadu jest wartością stałą dla każdego izotopu. Jest zupełnie niezależny od początkowej ilości danego izotopu, jak też od warunków zewnętrznych, takich jak temperatura czy ciśnienie. Nie potrafimy przyśpieszyć ani spowolnić tego procesu. Trzeba to mieć na uwadze w przypadku skażenia promieniotwórczego. Nie istnieje magiczny sposób na likwidację tego promieniowania. Dlatego np. w okolicach Czarnobyla pracowicie zbierano wierzchnią warstwę gleby, po czym była ona składowana w specjalnych miejscach.

Warto zapamiętać regułę, że siedmiokrotna wartość czasu półtrwania to czas, po którym aktywność danego izotopu spada o 99%. Oznacza to, że czarnobylski opad promieniotwórczy na terenie Polski można zaniedbać, jeśli chodzi o jod-131 (7∙t½ wynosi niecałe 2 miesiące). Inaczej ma się rzecz z cezem-137. Jego t½ to 30 lat, a więc 7∙30 = 210 lat!
Ważna uwaga: czasami stosujemy pojęcie czasu półtrwania w farmakologii, biochemii czy chemii, mając na myśli procesy inne niż rozpad nietrwałych jąder atomowych (lub cząstek subatomowych). Ten czas półtrwania zależy od wielu czynników, m.in. dawki czy temperatury.

W kolejnym odcinku opiszę, jak się mierzy promieniowanie i gdzie można sprawdzić aktualny poziom radiacji w kraju i Europie.