TEMA BROJA
M. Rajković
Radijacija, korisna i opasna / Zračenje
Zraci i talasi svuda oko nas
Dr Šćepan Miljanić, redovni profesor Fakulteta za fizičku hemiju Univerziteta
u Beogradu
|
Ako se XVIII vek mogao zvati vekom mehanike a XIX vekom elektromagnetizma, XX vek je sa pravom poneo naziv nuklearnog doba. Nuklearna fizika, tehnika i tehnologija imaće verovatno i u budućnosti presudan uticaj ne samo na ljudsko društvo već i na njegovo vaskoliko okruženje, pisao je Ivan V. Aničin, profesor nuklearne fizike na Univerzitetu u Beogradu, u svom stručnom i intelektualnom zaveštanju Umeće manipulisanja jezgrima atoma: blagoslov ili prokletstvo. Povod njegovom nastanku bila je nečuveno orkestrirana kampanja protiv nuklearne energije i s njom povezanog “problema zračenja” i “hipertrofirane radiofobije”.
Nema sumnje da znanja o strukturi materije, a posebno “veština manipulisanja” jezgrima atoma, imaju sudbinski karakter za našu civilizaciju. Činjenica da njen dalji razvoj zavisi od nuklearne energije, bez mnogo političke buke, stručnim raspravama potiskuje fobiju od njene miroljubive primene. I dok se strah da bi rat na tlu drevne Rusije (po mnogo čemu i svetski sukob) mogao izazvati nuklearni Armagedon drži pod kontrolom, nagli razvoj radio tehnologija i mobilnih komunikacija uznemirava savremenike sve većim brojem veštačkih izvora elektromagnetskog zračenja.
Autori studije “Elektromagnetska polja u životnoj sredini” (2012) zapazili su, još pre desetak godina, da su u radiofrekventnom i mikrotalasnom domenu, veštački izvori već nadjačali prirodne. To je dovelo do pojačane zabrinutosti i većeg interesovanja ljudi za moguće rizike po zdravlje usled izlaganja nejonizujućem zračenju. Pomenuta studija navodi da nema mesta dominantno negativnom stavu, reakcije javnosti su posledica “lošeg i senzacionalističkog informisanja”, stoji u zaključku. Svi strahovi se mogu otkloniti “sistematskim” upoznavanjem javnog mnjenja s dobrim i lošim stranama novih tehnoloških dostignuća. Da li je baš sve tako?
-Zračenja su sveprisutni agensi, na Zemlji i u Kosmosu. Mnoga od njih su doprinela stvaranju, a neka i održavanju života na našoj planeti. Na primer, jonizujuća zračenja iz kalijuma-40 su omogućila da se iz voda ranih okeana pre 3,8 milijardi godina radiolizom stvori kiseonik kao oksidujuća vrsta, koja je vodila ka stvaranju novih molekula i razvoju sveukupne hemije na Zemlju, sve do organskih molekula. Sunčeva svetlost je apsolutni uslov ljudskog postojanja, kaže kaže dr Šćepan Miljanić, profesor Fakulteta za fizičku hemiju Univerziteta u Beogradu.
Čovek je otkrio neke izvore, npr. kroz otkriće radioaktivnosti i nuklearne fisije, stvorio mnoge (veštačke) izvore zračenja, koja mu služe da unapredi svoj život, stvorio je zaštitu od štetnih radijacija i ovladao neophodnim znanjima. Nažalost, taj razvoj je često išao i u pravcu pravljenja oružja, od kojih su neka najrazornija koja je čovek u svojoj istoriji stvorio.
Integralni spektar zračenja
Reči radijacija ili zračenje sinonimi su koji označavaju integralni spektar zračenja u životnoj sredini. “Radijacija ili zračenje je energija koju iz nekog izvora u snopovima nose kroz prostor ili neke specifične čestice ili elektromagnetski talasi. Grubo rečeno, zračenje može biti čestično i talasno, ili po drugoj tipologiji, jonizujuće i nejonizujuće”, definiše ovaj pojam sagovornik “Planete”.
-Jonizujuća zračenja su, nastavlja prof. Miljanić, kao što im i sam naziv kaže, ona koja jonizuju sredinu kroz koju prolaze. To je proces u kojem određena zračenja izazivaju jonizaciju atoma, pri čemu ovaj gubi jedan ili više elektrona, dok na drugoj strani dobijamo pozitivno naelektrisani ostatak. Jonizacija obično utiče na karakter materijala kroz koji je prošlo jonizujuće zračenje.
U okviru opšte grupe jonizujućeg zračenja nalazi se i radioaktivno zračenje, koje nastaje kao posledica radioaktivnog raspada. To je pojava kada se atom nekog elementa, čije je jezgro iz bilo kojih razloga nestabilno, spontano raspadne, pri čemu iz jezgra izlaze ili čestice ili elektromagnetsko zračenje. Ili, što najčešće biva, i jedno i drugo.
U tom procesu mogu da se emituju alfa i beta čestice ili gama talasi, koji su obično pratilac radioaktivnih raspada, mada mogu nastati i samostalno (svi mikrosistemi imaju kvantovane nivoe energije, tačno definisane određenim pravilima). Alfa i beta zračenja su najčešće praćena gama zračenjem. Međutim, postoje i slučajevi tzv. čistih emitera, kod kojih nema pratećeg zračenja. Ako neki atom emituje samo beta čestice (tzv. čisto zračenje), malih energija, naziva se čistim emiterom. Reč je o izuzecima, a takav izuzetak je, npr., superteški vodonik ili tritijum. Tritijum je radioaktivan, a vreme njegovog poluraspada je 12,3 godina.
Ernest Raderford (Ernest Rutherford)
|
Alfa čestica je vrlo teška čestica, sastoji se od dva protona i dva neutrona. Ona je isto što i jezgro helijuma-4 (četiri označava tzv. maseni broj izotopa). Za razliku od alfa čestice, beta čestica je vrlo male mase. Radi poređenja, masa protona je oko hiljadu osamsto puta veća od mase beta čestice. Beta čestice nose jedno elementarno naelektrisanje, negativno ili pozitivno. Negativne beta čestice su zapravo elektroni; ako su pozitivno naelektrisani, zovu se pozitroni. Alfa čestica je dvostruko pozitivno naelektrisana, te kao takva predstavlja jon već spomenutog izotopa helijuma. Ako radioaktivno zračenje propuštamo kroz električno polje, kao što je to svojevremeno radio Raderford, alfa čestica će skretati ka negativnoj, a beta čestice ka pozitivnoj (elektron), odnosno negativnoj (pozitron) ploči električnog polja. Gama zračenje neće uopšte skretati jer je ono elektromagnetski talas, i nije naelektrisano. Raderford je tako zaključio da postoji naelektrisano i nenaelektrisano radioaktivno zračenje.
Alfa čestica ima brzinu reda 10 na šesti ili milion metara u sekundi, što je znatno niže od brzine svetlosti, koja u vakuumu iznosi 300.000 km/sec. Gama zračenje, kao vid elektromagnetskog zračenja, praktično se prostire brzinom svetlosti, dok beta zraci imaju brzinu koja je reda polovine brzine svetlosti.
Ni elektroni, ni alfa čestice, ni gama zračenje ne moraju nastati iz radioaktivnog raspada, mogu se napraviti i u akceleratorima (i rentgenska cev je vrsta akceleratora), kada sa pojavom radioaktivnosti nemaju nikakve veze. “Radioaktivnost je spontan proces, ističe prof. Miljanić, a u slučaju veštački nastalih čestica, radi se o mašinama, npr. gama i rendgenski zraci za ozračivanje u onkologiji i drugim oblastima. Na taj način se mogu stvoriti i protoni, koji ne spadaju u radioaktivno zračenje, ali jesu vrsta jonizujućeg zračenja.
Radon udišemo u kući
Među svim prirodnim radioaktivnim materijalima posebnu ulogu ima radon. Radon je element koji spada u inertne ili plemenite gasove. On ne reaguje ni sa čim. Svi elementi iz tzv. prirodnih radioaktivnih nizova (dva niza od dva uranujumova izotopa i jedan torijumov) su u običnim uslovima, na običnim temperaturama, čvrsti, osim radona. Ti izotopi ne žive dugo. Ali specifičnost radona je u tome što je u gasovitom stanju, što ne pravi nikakva jedinjenja. Ako imamo neki mineral, kamen, stenu, ako se dešavaju raspadi u okviru pomenutih nizova, kada dođe do stupnja radona, radon može da iscuri, emanira. To se dešava. Radon izlazi iz zidova našeg stana, sobe, garaže, kabineta. Podzemne vode donose radon, kroz vodovodnu mrežu u naše kuće, zato što u njima ima uranijumovih potomaka. Ima tri vrste radona, svaki od tih nizova ima svoj izotop radona, neki živi samo nekoliko sekundi, a jedan nekoliko dana. Mi svakodnevno udišemo radon u kući u kojoj živimo, on uđe u naša pluća, raspadne se u plućima ako ga u međuvremenu ne izdahnemo, i ostavi čvrstog potomka. Zato mnoge države imaju sistem kontrole po kućama, školama, ustanovama, rudnicima uranijuma, koji imaju veliku koncentraciju radona, pa se oni intenzivno provetravaju, da bi se smanjila prosečna godišnja doza zračenja koju čovek primi. Radon čini ¾ godišnje efektivne doze koju pojedinac primi iz zemaljskih izvora i ½ doze primljene iz svih prirodnih izvora. Prosečna doza godišnje koju primi prosečan stanovnik Zemlje je 2,4 milisiverta, a iz jednog izotopa radona 1,15, iz drugog 0,1, ukupno 1,25 milisiverta, što je polovina.
Izlaganje radonu i njegovim potomcima može dovesti do kancera pluća.
Radona u kući najviše ima gde su mokri čvorovi: kupatilo (prosečno 8,5 jedinica), u kuhinjama (3), u spavaćim sobama (2). Ako živimo u prizemnoj kući sa podrumom, tu izvire radon. Najbolja odbrana od njega je redovno provetravanje. I u ranija vremena, kad se nije znala za radon, znalo se da treba provetravati kuću. Kada se kupamo u kuptilu, radioaktivnost raste a potom opada. Prirodni gas donosi 3 jedinice zračenja, voda 4, građevinski materijali 60 kilobekerela (jedinica za radioaktivnost - 1 bekerel (Bq) = 1 raspad u sekundi), upadljivo više nego voda. Zato je važno od čega pravimo kuću. Kineska ambasada koju su pogodile bombe NATO bila je obložena granitom koji sadrži dosta uranijuma.
Kako se štititi od radona, ako je zaštita moguća? Ako zatvorimo vrata sobe, u uobičajenim uslovima, posle dvadesetak sati, radon dostigne maksimalnu koncentraciju; ako otvorimo vrata, on vrlo brzo spadne praktično na nulu. Čovek je naviknut na uobičajeni nivo prirodne radijacije i ima razvijene mehanizme odbrane, pa se može smatrati da takav nivo nije opasan po njega. Dakle, uobičajen nivo. Svuda oko nas postoji radijacija, ima oblasti za koje se zna da imaju pojačanu radijaciju, za mnoge se i ne zna. |
Neutronsko zračenje je vrlo važan tip čestičnog zračenja. Neutroni su neutralne čestice jer nemaju naelektrisanje, s protonima konstitutivni deo svakog atomskog jezgra. Njihova masa je vrlo bliska masi protona, ali nije identična. Obe te čestice na relativnoj skali masa imaju maseni broj 1. Zato se lako mogu privući nekom atomskom jezgru, na sasvim malo rastojanje, i čak ući u njega. Alfa čestica ili proton teško prilaze jezgru jer su pozitivno naelektrisani, a kako i jezgro atoma ima isto naelektrisanje, međusobno se odbijaju - tzv. kulonovska barijara. Mogu da se približe atomu pa i da uđu u jezgro samo ako ih jako ubrzamo visokim energijama. Neutronu je to mnogo lakše. Moguće je da je upravo zbog toga neutron otkriven relativno kasno, kaže prof. Miljanić, jer je njegova interakcija sa sredinom manje uočljiva.
Neutron je otkrio engleski fizičar Džejms Čedvik (James Chadwick) 1932. godine. To je radioaktivna čestica. Raspada se emitujući beta kao cezijum i njemu slični elementi. Vreme poluraspada mu je 10,6 minuta. Sam neutron, ako ga nešto ne zahvati, ne živi dugo u materijalima. Neutron se može proizvesti dejstvom alfa čestica na neke za to pogodne izotope, kao i u procesu fisije atomskih jezgara, ali i na druge načine. Koristi se za ozračivanje, ali najviše za dobijanje drugih elemenata. Pošto su jezgra elemenata prosto zgodna za apsorpciju neutrona, kada neutron ubacimo u neko jezgro, ono dobija višak neutrona i postaje sklono beta raspadu. Ako do takvog raspada dođe, dobiće se ne jezgro elementa od koga smo pošli nego elementa koji u PSE ima redni broj za jedan više. Jednostavno, dobiće se novi element. Tako možemo stvarati nove elemente, kako je to radio Enriko Fermi. Fermi je probao da od jednih napravi druge, stotinu novih elemenata, tako što je jezgra elemenata bombardovao neutronima I, što je najvažnije, sporim neutronima; jer, što su sporiji, oni su efikasniji.
Počeci nuklearne ere
-Početak nuklearne ere označilo je otkriće radioaktivnosti 1896. godine, kada je količina naučnih znanja bila veoma, veoma mala. U osnovi ovog otkrića je jedna pogrešna pretpostavka i jedna slučajnost u izvođenju eksperimenata. Godinu ranije nemački naučnik Rentgen (Wilhelm Röntgen) otkrio je rendgensko ili X (iks) zračenje, kao vrlo prodorno elektromagnetsko zračenje, slično gama zračenju, samo sa mnogo manjom energijom, odnosno niže frekvencije ili, drugačije rečeno, veće talasne dužine. Rentgen je X-zrake otkrio tako što je vršio električno pražnjenje u staklenim Kruksovim cevima koje su bile napunjene gasom pod niskim pritiskom. Tom prilikom se na zidovima cevi pojavljivalo neko fluoroscentno (vidljivo) zračenje, a istovremeno i vrlo nevidljivo ali vrlo prodorno zračenje koje zacrnjuje foto-ploče. Ostavio nam je čuveni snimak šake svoje žene Berte.
Vilhelm Rentgen (Wilhelm Röntgen) i čuveni snimak šake njegove žene Berte
|
O otkriću rendgenskih zraka diskutovalo se na sesijama Francuske akademije nauka. U raspravi su učestvovali fizičar, docnije nobelovac, Anri Bekerel (Antoine Henri Becquerel) i slavni matematičar Anri Poenkare (Jules Henri Poincaré). Poenkare je u jednom trenutku pitao: kako bi na drugi način moglo da se proizvede rendgensko zračenje? Pošto se na zidovima Kruksove cevi uočava neko vidljivo zračenje, on je pretpostavio da ako imamo materijal za koji znamo da fluorescira (reemituje svetlosno zračenje), znalo se u to doba da ima takvih materijala (Bekerel se čak i bavio fluoroscencijom), i izložimo ga suncu određeno vreme, ono će proizvesti rendgensko zračenje koje možemo da vidimo na foto-ploči. Tada se još nije znalo da je rendgensko zračenje po energijama daleko iznad vidljivog svetlosnog zračenja.
Bekerel je napravio foto-ploču (one su se pravile u to doba), zavio je u dvostruki crni papir i posuo uranijum-monosulfidom, materijalom koji fluorescira. Foto-ploču je stavio u prozor i izložio sunčevoj svetlosti, računajući da, ako svetlost izazove fluoroscenciju, kao prateća pojava javiće se zračenje koje prolazi kroz crni papir, što svetlost ne čini, i ostaviti trag na ploči. Jednog februarskog dana nije bilo sunca, i ploču je stavio u svoju fiojku. Kada ju je razvio, zaključio je da je efekat potpuno isti i da on ne zavisi od sunca. Da bi to potvrdio, napravio je eksperimente u mraku, sa istim crnim papirom, i ponovo dobio isti efekat. Zaključio je da flouroscencija uopšte nije odgovorna za stvaranje X-zraka, nego da nešto u uranijumu emituje prodorno zračenje.
Anri Bekerel (Antoine Henri Becquerel)
|
Ti zraci su najpre nazvani Bekerelovim zracima, a kasnije radioaktivnost. Marija Sklodovski Kiri je radila iste eksperimente sa torijumom. Ajnštajn je smatrao da je otrkiće radioaktivnosti najveće otkriće nakon otkrića vatre.
- Za otkriće radioaktivnosti “zaslužan” je uranijum. I drugo važno otkriće u nukelarnoj eri, otkriće fisije, desilo se na uranijumu, takođe blagodareći pogrešnim pretpostavkama. A to su dva, možda i najveća, otkrića u istoriji nauke, veli profesor Šćepan Miljanić. -Treba istaći da je uranijum centralni pojam čitave nuklearne energetike. Sa prof. Miljenkom Perićem napisao sam knjigu Do fisije, o fisiji i o uranijumu.
Do otkrića fisije (1939) doveli su eksperimenti s bombardovanjem jezgra uranijuma, najtežeg elementa u prirodi, koje je započeo Fermi. Fisija je proces cepanja jezgra atoma teškog elementa na dva jezgra atoma lakših elemenata, pri čemu se tako formirana jezgra kreću ogromnim brzinama. U ovom slučaju, imali smo raspad jezgra uranijuma. “Ako spori neutron uđe u jezgro jednog izotopa uranijuma, on ga raspoluti na dva dela sličnih masa. Postoji 90-tak načina na koje se jezgro raspadne. Dobijeni fragmenti su sličnih masa. U tom procesu se emituju novi neutroni, koji se mogu koristiti za nove fisije. Od jednog neutrona kojim bombardujemo jezgro uranijuma-235 dobijamo u proseku 2,5 nova neutrona, objašnjava prof. Miljanić. Uvek se jedan može iskoristiti za obnavljanje fisije, a tom fisijom dobijamo novu fisiju, a novom fisijom nove neutrone i taj proces se odvija kao lančana reakcija sama do sebe. Taj prosec možemo da kontrolišemo, a uređaj koji omogućuje kontrolu lančane reakcije fisije je nuklearni reaktor. Zato je neutron tako važna čestica.”
Izotopi i hemija izotopa
-Zanimljiva nuklearna oblast su izotopi, kaže ovaj izotopski hemičar. O kakvom fenomenu je reč? Pre nego što odgovorim na to pitanje, odgovoriću na pitanje šta su nuklearne nauke. To su nauke koje se bave jezgrom atoma. Pojava izotopije je vezana za jezgro atoma. Izotopi su atomi istog elementa koji imaju različite mase, zahvaljujući tome što imaju različiti broj neutrona u jezgru. Tako imamo ugljenik/ -12, ugljenik/-14 i tako redom. Što je element teži, po pravilu ima više izotopa. Nekih izotopa ima u prirodi, drugih nema, i oni se mogu napraviti. Vodonik-1 je tzv. laki vodonik ili obični vodonik, vodonik-2 dva je deuterijum, od njega se pravi teška voda, a vodonik- 3 je tritijum. Svi drugi elementi imaju više izotopa, neki po desetak i više.
Kada se kaže hemija izotopa uglavnom se misli na hemiju stabilnih izotopa, jer nije svaki izotop radioaktivan. Radioaktivni izotopi su predmet proučavanja radiohemije. Hemija radioaktivnih izotopa, kako bih rekao, zaključuje šta se u nekom sistemu dešava na osnovu njegove radioaktivnosti, iz emisije svih učesnika u hemijskim reakcijama. Kod hemije stabilnih izotopa dešavanja se vide na drugačiji način, obično uz pomoć specijalnih aparata kao što su spektrometri masa, infracrveni spektrometri i dr.
Veštački radioizotopi u čovekovom okruženju uglavnom potiču iz eksplozija nuklearnih bombi (kao što je ona bačena na Hirošimu, ili one sa kojima su vršene probe do 80-ih godina prošloga veka) i iz akcidenata na nuklearnim reaktorima. I kada prođe dosta vremena od akcidenta, kao što je bio onaj u Černobilju, ili pre desetak godina u Fukušimi (Japan), ima zaostataka tako nastalih izotopa, i to onih koji imaju relativno duga vremena poluraspada. I bombe i reaktori se zasnivaju na fenomenu fisije, kojom nastaje veoma veliki broj radioaktivnih izotopa. Ne nastaju svi u istoj koncentraciji. Emitovana radijacija iz Černobilja je bila 300 puta veća od one oslobođene u eksploziji bombe bačene na Hirošimu. Ali zračenje iz nuklearne centrale u Černobilju se odvijalo polako. Eksplozija bombe bačene na Hirošimu je usmrtila skoro 100 hiljada ljudi, a eksplozija u Černobilju nekoliko desetina, jer se radijacija postepeno širila, i vetar je raznosio radioaktivnu prašinu.
Najvažniji veštački radioizotopi u sredini u kojoj živimo - cezijum-137, stroncijum-90, jod-131 (služi za terapiju štitnjače) - potiču iz fisije. Jod-131 ima vreme poluraspada od osam dana, cezijum-137 oko trideset godina, a potrebno je pet do deset vremena poluraspada da bi on uglavnom nestao. U reaktoru prinos cezijuma-137 je veoma velik, oko 6 odsto, sličan je udeo stroncijuma, čije je vreme poluraspada 29 godina. Černobilj je svuda naokolo posejao radioaktivne izotope i njihovo kretanje u prirodi je neophodno pratiti.
Litijum - gorivo fuzionih reaktora u budućnosti
Već duže vreme litijum je aktuelna tema naše politike i javnog mnjenja. Zašto je litijum toliko važan?
- Nije litijum toliko važan, kao što se govori, za baterije, pričaju o tome ljudi koji malo šta znaju, više ne znaju, kaže prof. Šćepan Miljanić, ističući da oni koji su protive otvaranju rudnika litijuma u Jadru i drugde u zapadnoj Srbiji, o tome ne znaju mnogo ili gotovo ništa.
- Litijum je gorivo fuzionih reaktora u budućnosti. Predložio sam jednom našem akademiku da se litijum sada ne kopa, nego da se na njegovu eksploataciju stavi moratorijum 30-40 godina, jer će tada možda fuzija stupiti na scenu, a litijum biti neuporedivo skuplji i mnogo potrebniji, mnogo važniji, nego da se koristi za baterije. Kinezi su već napravili automobil koji koristi litijumske baterije, i prodaju ga u Evropi za 8.000 evra i time pokazali da se one mogu napraviti i na drugi način. Litijum je, između ostalog, ili pre svega, važan kao nuklearni materijal, iz litijuma se proizvodi tritijum neutronskim reakcijama. Litijum, deuterijum, tritijum, uranijum, torijum, plutonijum su ključni nuklearni materijali.
- Torijum je takođe veoma važan za fisiju, jer služi kao gorivo za postojeće reaktore, zato što on u neutronskim reakcijama prelazi u jedan izotop uranijuma koji ne postoji u prirodi, a koji je vrlo fisivan, trpi fisiju i vrlo zgodan kao gorivo. To sam rekao i aktuelnom ministru za rudarstvo i energetiku tokom poslednje velike rasprave u SANU o litijumu. Bili su i predstavnici „zelenih”, mada oni nemaju znanja o tome, više su to kao neki okultni klubovi koji imaju nekakvu „svoju” nauku, u kojoj ništa nije zasnovano na nauci. Ja sam to tamo rekao, jer sam jedini to i predavao studentima. Čujem da je to ušlo u zapisnik sa tog skupa. Poenta je u tome da rezerve litijuma u Jadru ne treba eksploatisati sada, nego ga sačuvati za kasnije. Em će tehnologije biti naprednije i savremenije, em će zaštita okoline biti naprednija, a sam litijum biti mnogo, mnogo dragoceniji. Baterije mogu da se naprave i na mnogo drugih načina, a litijumske su i vrlo opasne ako se zapale. |
Profesor Šćepan Miljanić je bio mentor dve disertacije koje su se bavilo analizom cezijuma. “Problem sa cezijumom-137 je u tome, veli, što je po hemijskim svojstvima sličan kalijumu (K), u istoj je grupi u Periodnom sistemu, i može da ga zameni u našem organizmu. Kalijum je biohemiji veoma važan zbog tzv. kalijumskih pumpi. U slučaju zamene, a to može da se desi, cezijum emituje zračenje sve dok ga eventualno ne izbacimo.”
Radijaciona hemija se bavi uticajem zračenja na materiju. Važna je radijaciona hemija vode, oblast kojom se bavio poznati radijacioni hemičar Ivan Draganić. Njena važnost, naglašava prof. Miljanić, proističe iz činjenice da se svi živi organizmi sastoje od vode, da se vodom hlade nuklearni reaktori, gde je po prirodi stvari veliko zračenja. Uvek lebdi pitanje: šta će biti sa tom vodom? Postoji objektivni strah da će radioaktivno zračenje iz reaktora vodu u reaktoru razložiti na vodonik i kiseonik, pa će se dobiti gas koji je vrlo eksplozivan. Srećom, to se ne dešava.
Koliko su pojedina zračenja štetna i zašto? Jonizujuća zračenja različito utiču na materijal kroz koji prolaze, kaže. - Alfa zračenje je najrazornije od svih radioaktivnih zračenja jer je alfa čestica veoma teška čestica i dvostruko naelektrisana. Prolazeći kroz neki naelektrisan material, ona prosto čupa elektrone i - razara ga. Može se napraviti čestica slična alfa čestici još veće mase, a time i razornija. Kod uobičajenih zračenja, alfa čestica je najrazornija, zbog čega ima najmanji domet u materijalu. Ona intenzivno interaguje sa materijalom i vrlo brzo gubi energiju. Zato se od alfa zračenja, što je, inače, paradoksalno, može vrlo lako (za)štititi. Dovoljan je površinski sloj kože, list papira, da ga zadrži. Ali, ako alfa česticu unesemo u organizam, postaje smrtonosna. Tako je u Britaniji otrovan ruski špijun Aleksandar Litvinjenko. I to izotopom polonijuma 210. Zašto baš polonijuma? Zato što je ovaj izotop alfa emiter bez gama zračenja. Možemo ga nositi u džepu, neće nas ošteti, pa je tako i prošvercovan, u suprotnom bi ga detektori na aerodormima zapazili. Do smrtnog ishoda može dovesti i ako udišemo nešto što emituje alfa zračenje.
Gama zračenje ima vrlo malu moć jonizacije; zato je prodorno pa ga možemo zadržati tek debelom metalnom oblogom. Ono je najmanje štetno, ali ga se najviše treba čuvati, jer je najprodornije. Beta zračenje je po intenzitetu štetnosti nešto između dva pomenuta. Prodorno je, ali ne u meri u kojoj je to gama zrak, a svakako prodornije od alfa zračenja.
Povratak nuklearnoj energiji
Čini se da nuklearna energija nije više “pod sankcijama”, i u nas se sve više govori o svrsishodnosti izgradnje jedne nuklearne elektrane. Imate dragoceno lično iskustvo o tom segment energetike.
-Učestvovao sam u fuzionom programu SFRJ iz 90-ih godina, koji je bio okupio oko stotinu ljudi, vodio sam tzv. gorivni ciklus. O nuklearnoj oblasti se i inače malo zna, nema pravih znalaca. Čak i naučnici i akademici koji se ne bave time skoro da ne znaju ništa. Ono što smo imali u eri Pavla Savića sačuvala je fizička hemija, kaže prof. Šćepan Miljanić I nastavlja:
-U Akademiji je nedavno održan skup o nuklearnim elektranama i energetici
Srbije, drugi od dva (prvi je bio 2020. godine), koji sam ja organizovao. Većina
učesnika je bila protiv ideje da se nukelarna elektrana pravi kao suinvesticija (sa Mađarima), već da se napravi sopstvena jer na taj način Srbija razvija sopstvenu Tehnologiju i obrazuje kadrove. Na kraju krajeva, suinvesticija je uvek skuplja, uvek morate da računate sa tim da vas partner može u nekom trenutku ucenjivati.
Nuklearni reaktori novije, četvrte generacije, koji se tek pripremaju, skoro su
aposlutno sigurni, naglašava prof. Miljanić. Sad se grade 3+ reaktori (Francuzi su nedavno pustili u probni rad jedan takav reaktor u Finskoj). Rusi imaju 3+ komercijalne reaktore (prodaju ih Turskoj, Mađarskoj), čak je sertifikovan i u EU. Južna Koreja je mala zemlja, ali ima vrlo moćan nuklearni program: gradi nuklearni reaktor u Emiratima, upravo otvaraju četvrti reaktor. Severna Koreja pravi nuklearne bombe, mora da ima postrojenja za proizvodnju plutonijuma! I Kinezi, koji nisu ništa imali, sada imaju komercijalne programe i prodaju nuklearnu tehnologiju. Amerikanci praktično ništa ne rade na tom polju. Moraće, zbog uglja koji će se napustiti čak i ako se ne istroši. A uglja ima za još 150 godina eksploatacije. |
Profesor Šćepan Miljanića se za radnog veka, kako sam kaže, mnogo bavio izotopima vodonika i uranijuma. Posebno izotopima vodonika, deuterijumom i tritijumom, naročito deuterijumom zato što se od njega pravi teška voda. Teška voda je najbolji moderator neutrona za teškovodni nuklearni reaktor. SFRJ je imala, osamdesetih godina, veliki nuklearni program koji je trebalo da rezultira izgradnjom 4 elektrane od po 1000 megavata električne snage, a kasnije još nekoliko elektrana. Trebalo je da imaju teškovodne reaktore, pa je bilo važno da imamo proizvodnju teške vode. Ovi reaktori kao gorivo mogu da koriste uranijum prirodnog izotopskog sastava (uranijum se u prirodi javlja u vidu dva izotopa, uranijum-235, koga ima oko 0,7%, i uranijum-238, 99,3%). Teška voda nije gorivo, ne troši se u reaktoru, već služi kao moderator, sredstvo koje usporava neutrone, budući da su neutroni koji izlaze iz fisije vrlo brzi i kao takvi neefikasni za sledeće fisije. Može da se kao moderator koristi i obična voda, ali onda uranijum mora biti obogaćen u izotopu 235 (koji trpi fisiju). Teška voda u sudarima sa česticama deuterijuma uspori neutrone, ali se još bolje neutroni uspore običnom vodom, tj. vodonikom u njenom sastavu, jer su iste mase. Laka voda uspori neutrone, a kasnije ih lakše apsorbuje nego deuterijum. Zato je deuterijum bolji moderator iako je lošiji usporivač. Usporeni neutron je upotrebljiv za nove fisije.
Postoje i lakovodni reaktori, u stvari, najveći broj danas operativnih reaktora su lakovodni, jer su neke države razvile tehnologije obogaćivanja uranijuma, obično za potrebe nuklearnih oružja, pa nemaju potrebu da prave teškovodne reaktore. To je skupa industrija i vrlo komplikovana. Izotopsko obogaćivanje se ne može izbeći ni kod teškovodnih reaktora. Oni rade na prirodni uranijum, ali moramo obogaćivati vodu u deuterijumu i to do 99,8 odsto. Radio sam na (SFRJ) programu teške vode devet godina. Sličan program ima Rumunija, ali ona je za razliku od nas napravili nekoliko reaktora koji rade, fabriku teške vode u Turn Severinu i institut za tešku vodu u Karpatima.
“Elektrosmog”
U svakodmevnom životu, navodi u svom diplomskom radu pomenuti student elektrotehnike BU, izloženi smo povećanim nivoima kombinovanih statičnih, ENFi RF/MT nejonizujućih zračenja. Sva ova polja čine jedno šarenoliko elektromagnetno polje, koje se popularno naziva “elektrosmog”.
-Elektromagnetna preosetljivost (EHS) predstavlja osetljivost ljudi na
elektromagnetska nejonizujuća zračenja. Veliki broj ljudi prijavljuje probleme sa
zdravljem, pripisujući ih EM zračenju. Oni pokazuju razne simptome koji se, kako
kažu, javljaju za vreme ili u toku razgovora mobilnim telefonom, pa i kućnim
bežičnim telefonom, ili pak u blizini baznih stanica mobilne telefonije, u blizini
Wi-Fi predajnika, prilikom korišćenja laptopa, računara, kućnih aparata, u prevozu,
u automobilu. |
Strah od izvora RF zračenja
Nejonizujuća zračenja su uglavnom talasna (elektromagnetska) zračenja. Svrstana po rastućim talasnimh dužinama, tj. opadajućim frekvencijama, u ta zračenja spadaju: ultraljubičasto zračenje (UV), vidljiva svetlost, infracrveno zračenje (IC), mikrotalasno (MT) i radiofrekventno zračenje (RF), kao i elektromagnetska polja ekstremno niskih frekvencija (ELF).
-Talasne dužine radiofrekventnih zračenja idu od 600 do 0,3 metra. Primera radi, talasna dužina gama zračenja je 0,1 nanometar ili manja, a nanometer je milijarditi deo metra. X-zraci su od 10 do 0,1 nanometar, ultraviolentna oblast od 400 do 10 nanometara, vidljiva svetlost od 700 do 400 nanometara, infracrvena od 0, 05 do 10 na minus sedmi metara, mikrotalsno zračenje od 0,035 milimetara do 0,05 metara.
Karakter talasa vidljive svetlosti je potpuno isti kao kod gama zraka, ali ima nižu frekvenciju, odnosno veću talasnu dužinu. Ultraviolentno zračenje ima nešto veću talasnu dužinu nego vidljivo zračenje, ono je nevidljivo ali ga osećamo kada se sunčamo, dok je infracrveno zračenje s druge strane vidljivog spektra.
Prema poreklu, izvori radiofrekventnog zračenja (RF) mogu biti prirodni i veštački. Prirodni izvori RF zračenja obuhvataju širok opseg frekvencija i njima smo izloženi tokom celog svog života. O njihovoj ulozi i značaju za život na Zemlji još uvek ne znamo dovoljno.
Veštački (tehnološki) izvori RF zračenja doživeli su, u poslednje tri decenije, veliku ekspanziju i zaista su mnogobrojni. S gledišta zaštite od nejonizujućih zračenja valja pomenuti: predajne antene radio i TV- stanica, bazne stanice mobilne telefonije, radare i mobilne telefone. U izvore RF zračenja velike snage spadaju: radio i TV predajnici, radari za kontrolu vazdušnog saobraćaja, radari za kontrolu kopnenih granica i priobalnih pojaseva, meteorološki radari, sistemi zemaljske veze sa satelitima i kosmičkim brodovima, radarski teleskopi (koji mere udaljenosti bližih nebeskih tela od Zemlje). Izvori male snage su: policijski i relejni mikrotalasni radari (kablovska TV), mikrotalasne peći, antenski sistemi u javnoj mobilnoj telefoniji.
U prvim decenijama ovog veka, RF i MT zračenja se sve više primenjuje u digitalnim radio tehnologijama. Tome je uzrok potreba čovečanstva za sve većom, lakšom i bržom razmenom informacija na globalnom nivou. Brzina razvoja, primene i mogućnosti novih digitalnih tehnologija uopšte dostižu takav stepen da se skoro ne mogu pratiti, a prouzrokuju ogromne promene u svim oblastima ljudskog društva. Mogu se svrstati u tri velike grupe: a) mobilne komunikacije (GSM, UMTS, TETRA), b) digitalni prenos radio i TV signala (DAB, DVB), c) individualne radio-veze (WLAN, Bluetoot).
Naravno, ne treba prevideti ni uređaje koji nisu dostupni pojedincu, kao što su posebni satelitski i radarski sistemi koji služe u vojne svrhe ili korišćenje energetske elektronike u upravljanjua raznim granama industrije.
“Dugo vremena je smatrano da jedini efekat koji proizvode RF i MT nejonizujuća zračenja jeste termalni”, čitamo u jednom novijem diplomskom radu odbranjenom na smeru za Biološko-medicinski i ekološki inžinjering ETF u Beogradu. “Pokazuje se da postoje efekti koji nisu termalni, za koje su potrebni manji intenziteti polja i koji su daleko značajniji od termalnog jer su potencijalno veoma opasni. Glavne svetske organizacije i dalje negiraju netermalne efekte i svoje preporuke u zaštiti od zračenja baziraju na termalnom efektu.”
Autor navodi dosta objavljenih radova koji se bave uticajem RF i MT nejonizujućeg zračenja na moždanu električnu aktivnost (EEG), kao i na ljudski san. Jedna istraživačka grupa je primetila “uticaj GSM mobilnog telefona na centralni nervni sistem (CNS) i evocirane potencijale (ERP)”, druga “promene alfa talasa u EEG prilikom izlaganja ispitanika zračenju mobilnog telefona”, treća slične efekte “2G i 3G mobilnih uređaja na EEG”.
Lasersko zračenje
Specifična vrsta zračenja je lasersko zračenje ili laserska radijacija. Ono je
uglavnom u vidljivoj oblasti, nešto u infracrvenoj, ugljendioksidni (CO2) laser. Kako zapravo laser radi?
-Svaki mikroskopski objekt, npr., atom ili molekul, ima svoje kvantne nivoe
energije. U stanju prirodne ravnoteže na nekoj temperaturi, nivoi koji su niži po
energiji više su naseljeni, više zaposednuti, imaju više čestica nego viši nivoi. Tih
nivoa je mnoštvo u atomima i molekulima, i svaki viši nivo je sve manje naseljen.
Ako hoćemo da napravimo lasersko zračenje, moramo ostvariti takozvanu inverznu naseljenost. Sistem se na neki način mora dovesti u stanje da je jedan viši nivo naseljeniji od nižeg. Ako kroz taj sistem propustimo svetlost određene talasne dužine, koju on, prešavši s jednog nivoa na drugi, može da apsorbuje, i ako je on u ravnoteži, onda će apsorpcija dominirati nad emisijom jer imamo više čestica na nižim nivoima. Ako napravimo sistem da je gornji nivo naseljeniji od donjeg, emisija će biti dominantna. Kada propuštamo svetlost čija talasna dužina odgovara energetskoj razlici ta dva nivoa, ona će da indukuje tu emisiju i praktično odnosi nastali kvant energije u istom pravcu.
Ako ovaj sistem stavimo između dva ogledala, svetlosni zrak će naizmenično da se
kreće tamo-amo, od jednog do drugog, i pri tom svaki put izvlači energiju iz
samog sistema kojem, naravno, tu energiju moramo nadoknađivati neprekidnim
dovođenjem nove. U tom slučaju imamo zračenje koje je umnoženo, velikog intenziteta i još paralelno, što nam omogućava da ga sažmemo pomoću sočiva i dobijemo ogromne prostorne gustine svetlosti. Obična sijalica sa užarenim vlaknom emitiju svetlost podjednako u svim pravcima - nikada nemamo koncentraciju. Kod lasera je ona tipična, može da bude mala energija, ali strahovito koncentrisana. To je ono što laseru daje ogromnu moć.
Svojevremeno sam, kao mladi istraživač, pokušavao da uz pomoć ugljendioksidnog lasera, koji emituje u infracrvenoj oblasti, selektivno pobudim jedno vodonično jedinjenje (vodonik-sulfid), u kojem je jedan vodonik zamenjen tritijumom i kao takav bio pogodan za apsorpciju zračenja navedenog lasera. Ta pobuda dovodi do hemijske reakcije u kojoj se dati molekul raspada na svoje konstituente, dok molekuli koji ne sadrže tritijum ostaju “hladni” i ne reaguju. To daje mogućnost odvajanja jednih od drugih i eliminacije tritijuma iz sistema. Važno je da je to selektivno jer se energija troši samo na molekul koji je apsorbuje, ne i na ostatak sistema.
Laser, po pravilu, izuzev ugljendioksidnog, nema veliku energetsku efikasnost. Ona je reda nekoliko procenata, ali je energija zračenja velika i kvalitetna, posebno zbog mogućnosti sažimanja. Čitači, CD-eovi i računarski štampači, razni pokazivači… rade na laserskom principu. Lasersko zračenje nije opasno kao radioaktivno, ne jonizuje, ali može da nas ispeče. |
EM preosetljivost (EHS) predstavlja osetljivost ljudi na EM nejonizujuća zračenja. Simptomi koji se javljaju su subjektivni i najčešće se javlja više njih odjednom. Glavni su: poremećaji spavanja, glavobolje, nervoza, zamor, problemi sa koncentracijom, vrtoglavica. U upitniku sprovedenom nad lekarima opšte prakse u Švajcarskoj, 69% njih je imalo konsultacije povodom EM zračenja, prosek je bio oko 3 konsultacije godišnje. Lekari su u 54% slučajeva vezu između EM zračenja i simptoma smatrali verovatnom. U drugom upitniku, sprovedenom u Austriji nad lekarima, samo trećina nije nikad imala ovakve pacijente. Čak 96% lekara donekle ili potpuno veruje da postoji uticaj EM nejonizujućeg zračenja na zdravlje. Ono što je primećeno jeste da vlasti u svemu tome imaju marginalnu ulogu.
-Postoje različite spekulacije o zračenju radiotalasa, kaže umirujućim stavom prof. Miljanić. - Svi znamo da smo prosto obliveni radiotalasima (radio stanice, TV kuće, mreža mobilne telefonije, internet) i ljudi se toga plaše. Ali, koliko znam, nije zapaženo da je bilo nekih posebnih neželjenih posledica. Radiotalasi su nevidljiva svetlost, nemaju opasnih efekata.
Doza zračenja, nivoi, zaštita
Jedan od važnih pojmova u interpretaciji uticaja jonizujućih zračenja na životnu sredinu i zdrave ljude je doza zračenja ili radijaciona doza. To je mera energije zračenja apsorbovane u nekom materijalu bilo da je reč o živom organizmu ili neživom materijalu. Pojam je preuzet iz medicine. Doza zračenja je energija zračenja apsorbovana u nekom materijalu po jedinici mase. S tim u vezi definiše se nekoliko veličina koje je bliže određuju. Osnovna je apsorbovana doza (D), tj. količina energije apsorbovana po jedinici mase materijala - bez uvida u to koja čestica je deponovala energiju. Jedinica apsorbovane doze je grej (Gray) [Gy], 1 Gy = J/kg.
S druge strane, kada se radi o živim organizmima, živim ćelijama, tkivima ili organizmu kao celini, koristi se veličina ekvivalentna doza. Ekvivalentna doza uzima u obzir i tip zračenja, koje je deponovalo energiju u organizmu: H=Dw gde je w faktor radijacione težine ili faktor kvaliteta zračenja, koji biološki vrednuje vrstu zračenja. Uzima se da je taj faktor za alfa zračenje 20, za protone 5, za gama zračenje 1… Njihova razornost po ozračeni organizam je različita. Jedinica za ekvivalentnu dozu je sivert (Sv) koja takođe ima dimenziju, kao i Gy.
Radiohemija i dozimetrija je jedan od predmeta koje je prof. Miljanić predavao budućim fizikohemičarima. “Dozimetrija je veoma važan predmet na mom fakultetu. Većina dozimetrista na Onkološkoj klinici Kliničkog centra Srbije su diplomci fizičke hemije. Fakultet ima Katedru za radiohemiju i nuklearnu hemiju, na kojoj glavni predmet ima isti naslov. Izučavaju se još radijaciona hemija, dozimetrija, hemija izotopa i dr.
Izvori radijacije mogu biti prirodni i veštački. Prirodni izvori u odnosu na medicinske imaju doprinos godišnjoj ekvivalentnoj dozi koju prosečan stanovnik naše planete primi kao 2 prema 0,4, mereno u milisivertima. U odnosu na opšte izvore radijacije, kao 2 prema 0,02. Nuklearna energetika doprinosi ukupnim izvorima radijacije svega 0,0001 milisiverta. Milisivert je jedinica za merenje ekvivalentne doze. Prirodni izvori su zemaljski interni, zemaljski eksterni, kosmički eksterni i kosmički interni (zračenje koje unesemo u organizam).
Vidljivi i genetski efekti zračenja*
Većina zdravstvenih efekata koje zračenje izaziva može se smatrati negativnim, dok se samo u malom broju specifičnih situacija ti efekti mogu smatrati pozitivnim - sve to u smislu odnosa korist/šteta. Efekti zračenja dele se na somatske, one vidljive na samoj ozračenoj jedinki, i genetske, vidljive na njenom potomstvu. Intenzitet tog uticaja zavisi od veličine primljene doze, od njenog rasporeda u vremenu, od ozračenog dela tela.
Efekti malih doza izrazito su statistički I, da bi se dovoljno signifikantno utvrdili, potrebno je posmatrati usrednjeni efekat na dobro kontrolisanoj velikoj populaciji. Efekti većih doza su znatno bolje definisani, a doze veće od letalne jednoznačno ubijaju. Kontroverze oko efekata jako malih, nekontrolisano primljenih doza, blizu onim od prirodnog fona – ni dan danas nisu razrešene.
Dva su ekstremna gledišta po tom pitanju: jedno govori da nema bezopasno malih doza i da je svaka doza preko prirodne štetna, dok drugo smatra da doza čak i deset puta veća od prirodne izaziva efekte sa kojim ljudski organizam bez problema izlazi na kraj, kao što izlazi na kraj i sa tolikim drugim potencijalno štetnim agensima. Radijacione povrede ćelije mogu da budu kritične, iako sistemi regeneracije mogu dosta uspešno da se bore sa značajnim povredama ćelije, naročito ako se između ozračivanja prave odgovarajuće pauze.
Na ovome se zasnovaju kancerogeno i antikancerogeno dejstvo zračenja. Ako se zrači zdravo tkivo, efekti povređivanja hromozoma mogu da pređu prag regenerativnosti i da dovedu do pojave kancerogenog oboljenja (što radi i čitav niz hemijskih agenasa, recimo sastojci i produkti sagorevanja duvana!). Ako se zrači već kancerozno tkivo, dozama koje ne dozvoljavaju regeneraciju, ono će nekrozirati. Radijaciona terapija kancerogenih oboljenja, koja teži da kancerogeno tkivo radijaciono uništi pre zdravog, zasnovana je na finom balansu ovih efekata.
Diskutabilno je pitanje uticaja nekontrolisano primijenih malih doza, bliskih fonskim. Dok se to pitanje ne razreši, razumno je držati se doktrine da je svako povećnje doze preko fonske potencijalno štetno, te da se svako takvo povećanje smatra ugrožavajućim po zdravlje stanovništva.
Preuzeto iz:
Ivan V. Aničin, Umeće manipulisanja jezgrima atoma: balgoslov ili prokletstvo |
Što smo na većoj visini, kosmičko zračenje je intenzivnije. Primera radi, na visini od 20.000m, na kojoj lete neki vojni avioni, piloti će biti izložni zračenju od 13 mikrosiverta na čas, a na 12.000m 5 mikrosiverta. Na planini visine 4000m primićemo 0,2 milisiverta, a na upola manjoj visini i srazmernu dozu zračenja (0,1 mikrosivert). Ako letimo avionom, kao što je supersonični „konkord“, let od Pariza do Njujorka traje 2 sata i 35 minuta, putnici prime dozu zračenja od 45 mikrosiverta, a subsoničnim (običnim) avionom, čiji let traje 7,25 sati, 50 mikrosiverta. Dakle, u prvom slučaju, putuje se kraće, ali na većoj visini, relativno smo više izloženi zračenju. “Uopšte, putovanje avionom izlaže putnika većem zračenju. Kada bi se računalo koliko su izloženi zračenju ljudi koji mnogo lete, piloti, tehničko osoblje, došlo bi se do podatka koji nije beznačajan. Na površini mora izloženi smo (kosmičkom) zračenju od 0,03 mikrosiverta/h.
Profesor Miljanić kaže da nijedna radioaktivnost nije korisna za zdrav organizam. Opšteprihvaćeni princip zaštite od svih zračenja pa i od prirodnih je princip ALARA (As Low as Reasonably Achievable)”. Međutim, mi smo neprekidno okruženi radioaktivnim zračenjem iz prirode i ono predstavlja najveći deo doze koju čovek primi. A do pre nešto više od stotinu godina nismo ni bili svesni njenog postojanja.
Vratimo se na kraju pomenutom zaveštanju profesora Aničina s početka našeg teksta: “Veština manipulisanja jezgrima kao i mnogobrojne primene zračenja dobijenih na druge načine doveli su do velikog broja situacija u kojima je stanovništvo izloženo dejstvu zračenja, željenom ili neželjenom, a time i do povećanja doza preko fonskih, kao i pitanja dejstva tih doza. U tom broju se nalaze, što se često zaboravlja, i sve medicinske primene zračenja, kako terapijske tako i dijagnostičke”.
M. Rajković
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
