بررسي پرتوهای غير قابل رويت گاز راديو اكتيو رادن و اثرات بيولوژيكي و خطرات زيست محيطی آن در زمين
در اين بررسي يك چشم‌اندازي درباره منشاء و فراواني گاز رادن بطور طبيعي گزارش مي شود.
خواص آن تشريح و آناليز و اندازهگيري آن توضيح داده مي‌شود ويرژگيهاي خاص آن مربوط به راه انتقال آن به اعضاي بدن انسان از طريق آب و هوا مي‌باشد. تاثير آن از نظر زمين‌شناسي مربوط به آكتيويته زمين در مواد ساختماني در ساختمانها و تاثير آن بر روي پرتوگيري شخصي بوسيله رادن در خانهها بحث، و ارقام اندازهگيري شده با هم مقايسه خواهد شد. امكانات حفاظتي در مقابل كاهش پرتوگيري طبيعي سهم مهمي را نشان مي‌دهد. انتقال رادن و محصولات جانبي آن بخصوص پلونيم- 210 با نيمه عمر بالا در زنجيره مواد غذايي نيز مي‌تواند بخش ديگري براي بحث و تبادل نظر باشد.
گردآورندگان:
*1- دكتر ايرج بيات 2- دكتر سيد حسين اميدياني 3- افتخار شيرواني 4- سميه سادات اميدياني
مقدمه
زندگي روزانه ما از تعداد بيشماري حوادث مخاطره‌آميز تشكيل شده است كه ما كم يا بيش آماده هستيم با آنها روبرو شويم. چنانچه ريسك‌هاي بالا را به تنهائي رفتار انساني تعيين كند، بعنوان مثال به زحمت كسي خود را در معرض بخطر انداختن عبور و مرور خياباني قرار مي‌دهد.
معهذا، ما آنرا انجام داده، نشان مي‌دهيم، كه آمادگي و جرأت انجام چنين كارهايي را داريم.
چه رفتار انسان در مقابل يك خطر بوسيله يك سري فاكتورهاي كمّي، از قبيل فاكتورهايي مثل سرنوشت، قضا و قدر، زمين لرزه، صاعقه و غيره نيز تأثيرپذير مي‌باشد.
انگيزه‌هاي دروني و شخصي بمنظور ارضاي وجود و نفس خود (مثل سيگار كشيدن، مسابقات ماشين سواري، كايت، ورزش دوندگي) نيز از اينگونه خطر پذيري‌هاست.
لذا انسان به همان صورت هم تحت تاثير ريسك‌هايي نسبت به مواد راديواكتيو قرار مي‌گيرد كه شامل مواد راديو آكتيو طبيعي و مصنوعي (ساخت دست انسان) مي‌باشد. از اين رو راديو ايزوتوپ‌هاي گازهاي نجيب Rn222 و Rn220 با محصولات جانبي كوتاه عمر در حد متوسطه %60 و در منطقه معيني با بيشتر از %93 قسمت اعظم پرتوگيري انسان را تشكيل مي‌دهد. و ضرورت دارد، كه اين پرتوهاي غير قابل رويت را، كه ما را احاطه كرده است، از نزديك مورد توجه قرار دهيم.
در اين مقاله يك چشم‌اندازي نسبت به منشاء و خواص رادن و همچنين آناليز و اندازهگيري آن معرفي مي‌شود. اين قسمت مي‌تواند بخوبي روشن كند، كه در كشور ما پس از چندين سال بعد از حادثه چرنوبيل، از نظر حفاظتي حادثه را دنبال و آكتيويته آنرا اندازهگيري و محاسبه كرده‌ايم.
خواص و فراواني
رادن برادر راديو آكتيو Xenon (زنون) است و بنابراين يك گاز نجيب بي‌اثر است. خواص فيزيكي و شيميايي آن كمتر شناخته شده است. از اين رو كمتر هم درباره انتقال آن به ارگانيسم‌ها پرداخته شده است. از آنجائيكه حلاليت در آب، نسبت به گاز رادن بي‌اهميت نمي‌باشد، آب زمينة انتقال مطمئني را براي مكانيسم آن تهيه مي‌كند، كه در منابع ذخيره آبهاي زير زميني از طريق سرب- 210 و پلونيم- 210 به زنجيرة مواد غذايي مربوطه مي‌شود، بخصوص زمانيكه از آب چشمه بعنوان آبهاي سطحي استفاده شود. از اين رو قابل توضيح است، كه در نتيجة سه سري فروپاشي طبيعي (Rn219) U235 و (Rn220) Th232 و (Rn222) U238 رادن تشكيل مي‌شود، كه ساطع كنندة پرتوهاي راديو آكتيو آلفا مي‌باشند. از آنجائيكه Rn213 (Actinon) با نيمه عمر T1/2=4s و (Thoron) Rn220 با نيمه عمر شش ثانيه، نسبتاً نيمه عمر كوتاهي دارند. و يك درصد فراواني ايروتوپي كمي را نشان مي‌دهند. در اغلب حالات Rn220 از اهميت بسيار بالائي برخوردار است.
ضمن فروپاشي آن با كمترين مدت نيمه عمر 8/3 روز تشكيل يك تعادل راديواكتيو با محصولات جانبي را مي‌دهد.
بصورت ذرات معلق وابسته شده از طريق رسوب‌گيري و جابجائي هوا بصورت خشك انباشته مي شود يا از طريق نزولات جوّي مثل آب باران، برف يا شبنم، يا رستني‌ها. (تصوير شماره يك و دو).
سپس عمدتاً محصولات جانبي با طول عمر بالا مثل Pb210 و Po210 كه خود را غني كرده‌اند، بوسيله مواد غذائي بطور مستقيم يا از طريق بي‌راهه بوسيله گياهان و حيوانات به بدن انسان وارد مي شود.
ضمن استنشاق هواي نزديك به زمين، رادن به همراه محصولات جانبي‌اش در گسترة برونش هاي انسان انباشته مي شود.
بدليل خواص گازهاي نجيب، رادن از نظر شيميايي وابسته نمي شود، اما بوسيله حلاليت خوب آن در آب و حلاليت در چربي از طريق شش بوسيلة خون گرفته مي‌شود از آنجا به مايع سلولي نفوذ پيدا مي‌كند.
از اين رو ابداً خود رادن نيست، كه براي پرتوگيري داراي اهميت است بلكه بيشتر رده‌هايي از آن به شكل ذرات آلفا با نيمه عمر كوتاه مانند Po218 و Pb214 مي‌باشد. از آنجائيكه گرفتن رادن از خون به بافت‌هاي بدن با نيمه عمرهايي از دقيقه تا ساعت اتفاق مي‌افتد، رادن به آكتيويتة اشباع شده مي‌رسد، در حاليكه تورن (Thoron) بوسيلة نيمه عمر كوتاهش فقط در شش داراي اهميت است.
غلظت رادن (Rn222) و محصول فروپاشي آن در هوا از نظر فضائي و زماني داراي نوساناتي مي‌باشد. كه اين نوسانات تابعي از موقعيت زميني و زير زميني ساختمان، مصالح ساختماني از محتوي راديوم نسبت به استفاده از مواد ساختماني و نرخ تبادل هوا، همچنين هوا دهي در فضاي موردنظر مي‌باشد.
بخصوص زمين‌هاي محتوي سنگهاي گرانيتي (بعنوان مثال منطقه گرانيتي در فرانسه منطقه Fichtel در شمال جنگل سياه با منطقه آتش‌فشاني به همان صورت مثل منطقه محتوي سنگهاي Monozit، در هندوستان (Kevala) و برزيل، داراي محتواي بالائي نسبت به توريم، اورانيوم و رادن بصورت حبس شده (emanieren) در غلظت‌هاي بالا مي‌باشد.
اين موارد نه تنها فقط باعث پرتوگيري (extern) خارجي بوسيله اجزاء گازها بابُرد بالا مي شود، بلكه همچنين باعث بالا رفتن غلظت رادن در آبهاي زير زميني و در ساختمانها مي‌گردند.
از اين رو زير زمين‌ها از اهميت قابل توجهي بعنوان منبع گاز رادن برخوردار مي‌باشد. هواي كف اطاق بوسيلة جارو كردن، حفره‌هاي ديوارها، پنجره‌ي زير زمين يا انجام هدايت كننده‌ها به داخل خانهها
از اين‌رو اين مطلب داراي اهميت مي‌باشد، كه نسبت به ارقام براي خانه‌هايي كه داراي زير زميني بخصوص ضمن ساختماني باز است بايستي دقت صورت گيرد. تصوير شماره (6) هر چه ارتفاع ساختمان از سطح زمين بيشتر باشد، حداقل بهتر مي‌توان زندگي كرد. البته نبايستي پرتوهاي كيهاني را بعنوان اجزاء طبيعي خارج از توجه قرار دارد، زيرا اين پرتوها با ارتفاع بطرف بالا سريعاً افزايش پيدا مي‌كند.
تاثيرات بعدي غلظت رادن در خانهها مربوطه به مواد ساختماني در خانهها مي‌باشد (جدول شماره 1)
بر حسب قابليت نفوذ مي‌توانند از طريق ديفوزيون و فرايند جابجايي، كه بوسيله فروپاشي مواد ساختماني محتوي راديوم، تشكيل اتم‌هاي گازهاي نجيب را مي‌دهد، كه به هواي اطاق داخل مي شود. چنانچه تهويه يا تعويض هواي اطاق به خوبي صورت نگيرد. غلظت رادن مي‌تواند بارقام قابل توجهي افزايش پيدا كند.
آناليز و اندازهگيري
تعيين رادن و تورون (Thoron) راههاي هوائي و آبي را شامل مي‌شود. در مواد غذايي محصولات جانبي با طول عمر بالا Po210 داراي اهميت است روش‌ها را مي‌توان به سه دسته تقسيم‌بندي كرد. اندازهگيري لحظه‌اي بصورت پيوسته يا روشهائي كه به زمان نياز دارد. ]1[
هدف از تعيين آنها از استراتژي مهمي برخوردار است.
- اندازهگيري طويل‌‌المدت بمنظور پرتوگيري بيولوژيكي
- اندازهگيري كوتاه مدت بمنظور شناسايي مكانهايي كه غلظت رادن در آن بالا است.
- روشهاي پيوسته براي بررسيهاي علمي و تحقيقاتي بمنظور بررسي مكانيسم يا اندازهگيري تشخيصي، بخاطر اينكه، اقدامات ايمني بر ضد آنرا بتوانيم هدايت و انجام دهيم.
هوا
ساده‌ترين روش بخاطر اينكه محصولات جانبي رادن را شامل شود، تيتراسيون هوا است. كه با ذرات معلق و ذرات گرد و غبار از چندين متر مكعب هوا بوسيلة فيلتر هوا بصورت ساده بوسيله شمارشگر گازي (شمارشگر تناسبي) در تابعيت از زمان اندازهگيري مي شود. و مجموعه آكتيويته آلفا و بتا محاسبه مي‌گردد. اين روش ساده را مي توان در هر كار عملي در دانشكده‌هاي بخوبي انجام داد. ]3[
بوسيله دستگاه جمع كننده هوا (بعنوان مثال جاروبرقي با اضافه كردن يك فيلتر) 50 متر مكعب هوا را از طريق فيلتر مكش كرد. آكتيويته جمع شده را با يك شمارشگر با سطح بزرگ اندازهگيري نمود. براي هر كدام يك دقيقه و يك دقيقه هم براي نقطه شروع كار ارقام بدست آمده را در صفحه كاغذ نيمه لگاريتمي در مقابل زمان اندازهگيري رسم مي‌كنيم. تصوير شماره 5 بطور واضح فروپاشي راديو اكتيويته مطابق با نيمه عمر متوسطه محصولات جانبي رادن را (بدون Po218) نشان مي‌دهد.
براي اندازهگيري طولاني مدت از يك روش غير فعال استفاده مي‌شود. اين روش براساس جمع‌آوري نتايج اندازه‌يگري بوسيله محصولات فروپاشي كوتاه عمر كه عامل اصلي اين اندازهگيري مي باشد.
كه روشهاي غير فعال را شامل مي‌شود:
- رديابي هسته‌ها
- جذب نسبت به زغال آكتيو
- دوزيمتري ترمولومينسانس
ذرات آلفا روي سطح اجسام جامد ردي از خود بجا مي‌گذارد. بعنوان مثال پلي كربنات يا نيترات سلولز، چنانچه اين صفحات ردياب (تصوير شماره 6) بوسيله قلياني مورد آزمايش قرار گيرد. بطوريكه زير يك ميكروسكوپ رده‌هاي قابل رؤيت يا به عبارت ديگر حفره‌هاي بوجود آمده شمارش شود.
دُز زغال آكتيو را معمولا تا يك هفته در فضاي هوا در معرض پرتو قرار داده، سپس بمنظور اندازهگيري نسبت به هوا بسته شود. مثل يك ابر ظرفشويي رادن جذب شده تشكيل تعادل راديو اكتيو را مي‌دهد با محصولات جانبي Pb214 و Bi214، كه سپس از طريق پرتوهاي گاماي مشخصي اندازهگيري مي‌شوند. يك چنين طيف منحني گاما تشكيل شده از انرژي گاما كه انرژي نسبي را به پالس تبديل مي‌كند. و سپس توسط مولتي كانال آناليز پيك‌ها از هم تفكيك مي‌شوند تصوير شماره (7) و از طريق برنامه محاسباتي از نظر كمّي محاسبه مي گردد. بمنظور بازيابي زغال آكتيو آنرا چندين دقيقه در با هواي گرم يادر چندين ساعت در اتوكلاو حرارت داده مي شود.
دوزيمتر ترمولومينسانس: بدليل تغييراتي كه در ساختار كريستالي بعنوان مثال LIF يا CoF2 ضمن گرم كردن نقص‌هاي شبكه‌هاي كريستالي درمان مي‌شود كه بمنظور آزاد شدن بصورت جرقه‌هاي نوري (لومينسانس) صورت مي‌گيرد.
نوع غلظت رادن هوا در جدول شماره (2) تهيه شده است.
در حاليكه ارقام حد متوسط ساختمان در آلمان تقريباً در حد 45bq/m3 است در قسمت شمال آن بطور آشكار پائين‌تر مي‌باشد. به همان صورت مثل شهرهاي بزرگ كه بوسيله بتن كردن (مسدود كردن) خاك غني، ارقام نوساني آنها قابل توجه است.
TCRP (سازمان بين‌المللي حفاظت در برابر اشعه) به همان صورت ،مثل EPA (حفاظت محيط زيست آژانس) توصيه مي‌كنند، كه اقدامات ايمني بمنظور حفاظت جمعيت توسط رادن جو از 250bq/m3 پائين‌تر باشد. اين ارقام مورد قبول است در صورتيكه در بالاتر از اين ارقام ريسك سرطان شش قابل تعجب نيست.
در اغلب كارهاي عملي از روش اموناسيون Emanation محتوي راديوم آبها، رادن را با يا بدون آماده كردن شيميايي قبلي در يك اطاق يونيداسيون يا اطاقك سنيتلاسيون هدايت كرده و اندازهگيري مي‌كنند.
يك چنين دستگاه سنيتلاسيون تشكيل شده از يك نيم كره‌اي كه در داخل آن سولفيد روي بوسيله يك غشاء نازكي با نقره فعال پوشيده شده در يك جعبه فلزي قرار گيرد.
آب بوسيله يك گاز بي‌اثر همراه بر رادن را به اطاقك يونيزاسيون هدايت مي‌كنند. چندين ساعت بايد صبر كرد تا تعادل پس از پر كردن لوله با Po208 و Po214 بوسيله شامل شدن محصول جانبي با نيمه عمر كوتاه.[8]
روشهاي جديد بمنظور تعيين رادن در هوا و آب از روش سنيتلاسيون مايع (LSC). معمولاً براي تعيين پرتوهاي كم انرژي ( و ) بخوبي شناخته شده است. با فاز سنتيلاسيون كه با ظروف شيشه‌ايي مجهز است. به كمك روزنة ريز با دقت و بدون حباب براي تعيين آب روي مايع سينتلاسيون ريخته و آنرا مسدود مي كنيم.
در آزمايشگاه رادن سپس بعلت حلاليت خوب آن در تولوئون بطور كامل در مايع آن فاز سينتلاسيون استخراج شده و اندازهگيري مي‌شود. [9] در زمان بكارگيري تجارتي دستگاه (LSC) با آناليز به فرم تكانه‌ها (پالس‌ها) بمنظور تمايز پالس‌هاي آلفا، بتا، گاما بدون هيچگونه تداخلي عملاً بطور كامل حذف مي‌شود.
آب
آبهاي زيرزميني در تماس مستقيم با سنگهاي محتوي راديم قرار گرفته‌اند و اين قابل تعجب نيست كه قسمتي از رادن در تامين آبهاي آشاميدني عموم وجود دارد.
اصولاً مي توان كليه روشهاي اندازهگيري هوا را هم براي آب انجام داد.
يك تصحيح گسترده‌تر حساسيت بوسيله استفاده از مواد استخراج كننده سنتيلاسيون قابل دسترسي مي‌باشد، بطوريكه بطور انتخابي جداسازي شيميايي و اندازهگيري در يك روش يك مرحله‌اي امكان‌پذير است. دربارة يك چنين آزمايشي گزارش شده است. ]10[
بوسيله تنفس بميزان 0/05 Milli Sivert در سال و بوسيله خوردن روزانه نيم ليتر آب. براي مقايسه سالانه حد متوسط كشورها مجموعه پرتوگيري بوسيله پرتوگيري طبيعي و مصنوعي تقريباً در حد 2 Milli Sivert مي‌باشد.
چشم انداز و ارزيابي
ما بايد براي خودمان روشن باشد، كه هيچگونه تمايزي وجود ندارد كه آيا اين پرتوگيري بصورت طبيعي يا از طريق راديوآكتيويته مصنوعي صورت گرفته باشد.
تاثير بيولوژيكي پرتوهاي راديوآكتيو از نوع پرتوها، انرژي فروپاشي، رفتار بيولوژيكي به عبارت ديگر تغليظ شده در ارگانيسم‌هاي انساني.
يك مقايسه مستقيم ارقام حد مجاز را امكان پذير مي‌سازد از راديونوكلوئيدي كه بوسيله خوردن و تنفس كردن حاصل مي‌شود براساس قوانين حفاظت در برابر اشعه سال 1985.
مثال: در ارتباط با بالاتر از حد مجاز، آلودگي بدليل حوادث راكتور. در چرنوبيل (USSR) در كشورهاي اروپايي يك سيستم براي حد مجاز براي آلودگي مواد غذايي بوسيله ريزش‌هاي حاصل از مواد راديواكتيو به اجراء گذاشته شد. بطور خلاصه با گوشت حيوانات وحشي بيش از 500Bq در كيلوگرم نبايستي بمنظور تغذيه وارد بازار شود. حد مجاز در حد 2Bq Po210 در مواد همساني اين مقدار محتوا نسبت به پلونيم و سرب براي داخل بودن گوشت حيوان وحشي و محصولات درياني خارج از حد معمول نمي‌باشد. اما در اين باره اشخاص كمتري به آن فكر مي‌كنند. Cs137 بطور آشكار براي عموم موثرتر است! و آنها با حفاظت در برابر اشعه در حقيقت سر و كاري ندارند.
1) از هر پرتوگيري غير ضروري يا آلودگي افراد، اشياء يا محيط زيست بايد شديداً اجتناب شود.
2) هر گونه پرتوگيري يا آلودگي اشخاص، اشياء آنها يا محيط زيست بايد تحت توجه علوم و تكنولوژي و تحت رعايت كليه حالات، همچنين بايد طبق اين قوانين تعيين شده ارقام مجاز تا آنجا كه در حد امكان است پائين نگهداري شود ALARA از اين رو اين سئوال مطرح مي‌شود:
آيا شما ضمن احداث يك ساختمان نتايج پرتوگيري را از طريق كارهاي ساختماني و انتخاب مواد ساختماني، را رعايت مي‌كنيد و آنرا حداقل در نظر مي‌گيريد؟
شما بايستي از دوش گرفتن روزانه صرفنظر كنيد، چنانچه شما بدانيد، كه بوسيله آلودگي فضاي حمام بعنوان 10Bq/m3 به بيش از يك تا دو توالي افزايش نمي‌يابد ]11[.
شما نبايستي بوسيله اين سهم‌هاي پرتوگيري احساس ترس كنيد راديو آكتيويته ما را احاطه كرده و از زمانيكه انسان به آن فكر كرده در گذشته مطمئناً حتي بيشتر اكنون، نيز بوده است.
كافي است، ما در اين مقاله موفق شويم، كه شما به اين مطلب فكر كنيد كه در ارزشيابي و تعيين حد مجاز راديو آكتيويته شامل ريسك‌ها، افراد بايد پرتوگيريهاي طبيعي را براي خود در نظر بگيرند.
بدون شك اطمينان داريم كه سوانح راكتورهاي بيشماري مثل حادثه چرنوبيل در آينده با پيشگيري‌هاي ايمني رخ نخواهد داد.
انسان نبايد اكنون در بيم و ترس از پرتوها زندگي كند. بلكه بايد ميزان پرتوگيريهاي اضافي را مورد توجه قرار دهد موضوع اصلي بمنظور پائين آوردن ميزان پرتوگيري، شروع كردن به اندازهگيري رادن و دختران آن مي‌باشد كه انسان بايد انجام دهد و ما اكنون در آ‌غاز كار هستيم.
Refrence:
[1] NCRP-Report No. 97, Measurement Radon and Radon Daughters in Air, National Council on Radiation Protectioin and Measurements, 1988.
[2] URBAN, M., A. WICKE, H. KIEFER: Kfk-3805 (1985) 1/179: Kfk-3866/CNEN-1101 (1985) 1/68
[3] HEINRICH, B., H. KLEINFELD, S. LENKE-IT, S. MOBIUS, C. KELLER (Hrsg): Experi-mente zur Radiochemie, Reihe: Laborbu-cher Chemie Diesterweg-Salle-Saverlan-der, 1980
[4] VOLKMER, M.: Die naturliche Strahlenbe-lastung, Reihe: Radioaktivitat und Um-welt, Hamburgische Elektrizitatswerke, 1981
[5] KIEFER, H., W. KOELZER: Strahlen-und Umweltschutz, Springer, 1986
[6] EPA 625/5-86-019, Radon Reduction Techniques for Detached Homes
[7] GEORGES, A. C.: Passive integrated Mea-surement of indoor RadonUsing Activated Carbon, Health Physics 46 (1984) 867
[8] WICKE, A., J. POSTENDORFER: J. Ra-dioanal. Chem. 56 (1980) 105/12
[9] HOEHN, E., H. R. von GUNTEN: Water Resources Research 25 (1989) 1795/1803
[10] MOUBIUS, S., D. YANG: GIT Zeitschrift fur das Laboratorium 10 (1989) 1013/4
[11] MCGREGOR, R. G., L. A. GOURGON: J. Environ. Sci. Health A15 (1980) 25/35
Imvestigation of Radon our Invisiffe Radioactive and Its Biological damgrous in Geologie emvironment
1- PhD. Iraj Bayat 2-Phd. Hossain Omidiani 3- Ms. Eftekhar Shirvani 4- Ms. Sommayye Sadat Omidiani
Abstract:
This report gives a survey on origination and accunrence of natural radon.
The properties are described and its analysis and measurment are presented. The main focus is laid on the transfer paths into the human organism by air and water. In fluences by this contribution illutrates possibilities for radiation protection by reduction of natural radiation.
The transfer of radon-daugthters specially the long lived Po210 into the food-chain is treated in another report.
[استفاده از مقاله با ذکر منبع مجاز می باشد]
گزیده ای از تازه های نجومی و بخش هایی از مقالات، تالیفات و سخنرانی های دکتر سید حسین امیدیانی: