Nie uwierzysz, aż przemierzysz
Przysłowie ludowe
Wprowadzenie
Od niedawna wiemy, iż w ogólnym bilansie dawek promieniowania jonizującego, na jakie jesteśmy narażeni, największy udział ze wszystkich źródeł naturalnych ma szlachetny, ok. 7,5 razy cięższy od powietrza pierwiastek gazowy - radon [1-8]. Nazwą radon obejmuje się grupę 27 różnych izotopów o liczbie atomowej 86 i liczbie masowej od 200-226. Głównym przedstawicielem tej grupy izotopów jest radon - 222Rn. Pochodzi on bezpośrednio od najbardziej rozpowszechnionego w przyrodzie izotopu radu - 226Ra, który z kolei powstaje w wyniku naturalnego rozpadu promieniotwórczego uranu - 238U. Naturalny rozpad toru - 232Th prowadzi do powstania izotopu radonu - 220Rn - toronu, a promieniotwórczy aktyn - 235Ac zapoczątkowuje łańcuch przemian prowadzących do powstania aktynonu - 219Rn.
Źródłem uranu i toru są najczęściej kwaśne skały magmowe oraz skały ilaste, zwłaszcza odmiany zasobne w substancje organiczne. Istotnym źródłem radonu mogą być również odpady antropogeniczne powstające podczas przeróbki surowców mineralnych oraz materiały budowlane wykonane z żużli i popiołów. Gdzie wobec tego możemy znaleźć promieniotwórczy radon?
Jeżeli przyjmiemy, że statystyczny Polak otrzymuje rocznie ze wszystkich źródeł promieniowania dawkę równoważną ok. 3,5 mSv, w tym 80% od źródeł naturalnych, to przyczynek ok. 1,4 mSv, pochodzący od wdychania, bądź wchłaniania z wodą promieniotwórczego radonu jest najistotniejszy. Okazuje się, że jeżeli pominiemy hipotetyczny, pozytywny efekt tzw.hormezy radiacyjnej [9,10], mającej miejsce w przypadku niewielkich dawek promieniowania jonizującego, duże stężenia promieniotwórczego radonu mogą być przyczyną zwiększonego prawdo-podobieństwa zachorowalności na choroby cywilizacyjne, w tym przede wszystkim na choroby nowotworowe płuc, górnych dróg oddechowych i białaczkę [11-14].
Zagrożenie dla naszego zdrowia może powodować przede wszystkim promieniotwórczy izotop radonu - 222Rn, ponieważ jego okres półrozpadu z przemianą na promieniotwórczy polon 218Po i jednoczesną emisją cząstek alfa, wynosi aż 3,8 dni! (odkrycia tej przemiany dokonała nasza rodaczka Maria Skłodowska-Curie). Okresy półrozpadu -T1/2 dla pozostałych, wymienionych powyżej izotopów radonu wynoszą odpowiednio ok. 55s i 4s.
Z polonu - 218Po, podczas kolejnych, naturalnych przemian promieniotwórczych powstają nowe, już nie gazowe, pierwiastki promieniotwórcze, zwane pochodnymi radonu ołów - 214Pb, bizmut - 214Bi i polon- 214Po oraz ołów - 210Pb, bizmut - 210Bi i polon 210Po aż do otrzymania stabilnego ołowiu - 206Pb. Mają one charakter jonowy, wobec czego łatwo osiadają na unoszących się w powietrzu, niewidocznych gołym okiem, pyłach (np. dymie papierosowym, kurzu) i przyklejają się do przedmiotów, ścian, podłogi, sufitu, ekranu monitora TV itp., emitując jednocześnie promieniowanie alfa, beta i gamma.
Znajdujące się w powietrzu atomy radonu i jego pochodnych w czasie oddychania dostają się do oskrzeli i płuc, a powstające podczas ich rozpadu aktywne biologicznie cząstki alfa , wywołując jonizację we wnętrzu komórek, mogą doprowadzić do bezpośredniego uszkodzenia kwasów nukleinowych w jądrach komórkowych, a co za tym idzie, do rozregulowania podstawowych funkcji komórki (synteza białek, w tym enzymów, zaburzenia podziału, itp.) Zaburzenia te, często po wielu latach, mogą się ujawnić w postaci raka płuc.
Zwiększona zachorowalność na raka płuc u górników pracujących w kopalniach uranowych, gdzie stężenie radonu jest bardzo wysokie i w kopalniach nie uranowych o podwyższonym stężeniu radonu została udokumentowana. Nie stwierdzono natomiast zwiększonego zagrożenia tą chorobą wśród górników dołowych kopalni soli, niklu i miedzi, gdzie koncentracja radonu jest niewielka. Badania wykazały ponadto, że rakotwórcze działanie radonu jest silnie wzmacniane paleniem tytoniu !!! Stopień zagrożenia zależy od całkowitej ilości radonu i jego pochodnych wchłoniętych w ciągu wielu lat życia.
Badania przeprowadzone w Anglii, Szwecji, Norwegii i USA wykazały, że znaczna część populacji ludzi w tych krajach, otrzymuje od radonu w domach roczną dawkę promieniowania jonizującego przekraczającą dopuszczalną dawkę ustaloną przez międzynarodowe organizacje dla górników (20 mSv -w różnych krajach świata, 50 mSv w Polsce). W pomieszczeniu, w którym stężeniu radonu wynosi 300 Bq/m3 mieszkańcy otrzymują rocznie większą dawkę, niż wynosi średnia dawka otrzymywana przez górników uranowych. Jest to zrozumiałe, jeżeli przyjmiemy, iż 80% czasu spędzamy w pomieszczeniach (dom, biuro, szkoła, teatr, itp.). Przy założeniu średniej długości życia wynoszącej 70 lat, dla średniego stężenia radonu w pomieszczeniach 50 Bq/m3 wzrost przypadków zachorowań na raka płuc można porównać z wynikającym z narażenia górników w kopalniach. Badania prowadzone w Norwegii wskazują, że około 10-30% przypadków raka płuc w tym kraju może być spowodowana przez radon w domach.
Z badań angielskich wynika, że radon może mieć również wpływ na występowanie białaczek. Związane jest to z łatwością rozpuszczania się radonu w tłuszczu, który wchodzi w skład czerwonego szpiku kostnego, odpowiedzialnego za tworzenie morfotycznych elementów krwi. Analiza danych sugeruje, że 6-12% przypadków białaczki w Anglii może być związana z ekspozycją na radon w domach, charakteryzujących się stężeniem rzędu 20 Bq/m3 [11-13]. Tak więc zainteresowanie zagrożeniem zdrowia powodowanym przez radon 222Rn w ostatnich 10 latach szczególnie wzrosło. Wiele organizacji zajmujących się ochroną zdrowia i środowiska postuluje zmniejszenie ryzyka powodowanego radonem występującym w glebie, wodzie, powietrzu oraz materiałach budowlanych. Obniżane są dopuszczalne limity stężenia radonu (w Bq/m3 ) w pomieszczeniach mieszkalnych (patrz np. Szwecja, Szwajcaria, Anglia w poniższej tabeli [4]). W Szwecji np. władze samorządowe odpowiedzialne są za wykonywanie bezpłatnych pomiarów w domach, podejrzanych o występowanie dużych wartości koncentracji radonu, a także zezwolenie na nową budowę wydają dopiero po sprawdzeniu stężenia radonu w planowanym miejscu zabudowy.
Kraj | Dopuszczalna dawka graniczna koncentracji radonu (Bq m-3) | |
istniejące budynki | nowe budynki | |
Finlandia | 200 | 200 |
Niemcy | 250 | 250 |
USA | 150 | 150 |
Szwecja | 400 | 140 |
Szwajcaria | 1000 | 400 |
Anglia | 200 | 80 |
Polska | 400 | 200 (od 1.01.1998) |
Edukacyjny projekt badawczy dla młodzieży RADONET
Rewolucja informatyczna w różnych dziedzinach działalności ludzkiej, w tym edukacji, trwa. Po etapach automatyzacji i informatyzacji (alfabetyzacji komputerowej oraz rozwoju metod i środków technologii informacyjnej), które wciąż trwają, nastąpiła era komunikacji. Rozwój telekomunikacji jest obecnie jednym z podstawowych czynników decydujących o charakterze i rozwoju naszej cywilizacji. Tak, jak w erze intensywnego rozwoju przemysłu ważne było budowanie dobrej jakości dróg, tak dla społeczeństwa informatycznego coraz ważniejszym się staje, aby informacje uzyskiwać bardzo szybko, z właściwego źródła i wymieniać je natychmiast z innymi, czyli mieć dostęp do najlepszych światowych dróg komunikacji elektronicznej, tzn. do globalnych sieci komputerowych.
Organizacje rządowe i pozarządowe wielu krajów świata w coraz większym stopniu doceniają obecnie potencjał INTERNET-u jako potężnego narzędzia w edukacji na różnych poziomach nauczania. Powstały międzynarodowe stowarzyszenia i fundacje, jak np. Web Society, CONCORDE Corporation, EARN, NASA, GLOBE, TERC czy Global SchoolNet Foundation, które promują pozytywne wzorce (standardy) wykorzystania możliwości INTERNET-u w edukacji. Programy tego typu organizacji mają na celu zachęcenie ekspertów przedmiotowych i nauczycieli do twórczej działalności na rzecz proponowania i prowadzenia komputerowo wspomaganej zespołowej aktywności i współpracy uczniów różnych narodowości.
Wiele interesujących projektów o charakterze globalnym, mającym na celu podniesienie świadomości ekologicznej dzieci, młodzieży i dorosłych jest na świecie aktualnie realizowanych. Na uwagę zasługują osiągnięcia takich programów, jak GREEN (Global Rivers Environmental Education Network), SCIENCE ACROSS EUROPE [15] (zaproponowany przez Association for Science Education z Wielkiej Brytanii), czy GLOBE (Global Learning and Observation to Benefit the Environment). Ten ostatni program światowych badań edukacyjnych, w którym uczestniczą uczniowie, nauczyciele i naukowcy, obok kontynuacji badań zmian w zakresie fauny i flory, azotanów w łańcuchu pokarmowym oraz stężenia ozonu przyziemnego i stratosferycznego, proponuje w najbliższym czasie projekty dotyczące badań zanieczyszczeń powietrza i skażenia środowiska promieniowaniem jonizującym.
Biorąc to pod uwagę oraz merytoryczne, środowiskowe i pro-zdrowotne aspekty przedstawionego powyżej problemu radonowego zaproponowaliśmy realizację w Polsce interdyscyplinarnego projektu badawczego pt: RADONET (od RADON NET).
Opracowany i zrealizowany przez nas Projekt stworzył możliwość włączenia się naszych uczniów (dzięki wykorzystaniu INTERNET-u) do międzynarodowych badań dotyczących pomiarów promieniowania jonizującego w środowisku człowieka i jednocześnie zapoczątkował tworzenie bazy danych uczniowskich wyników pomiarów koncentracji radonu z terenu całej Polski. Założyliśmy, że po realizacji projektu uczniowie, nawet już w wieku lat 13-15, dzięki samodzielnym badaniom koncentracji radonu w powietrzu własnego domu, w wodzie, którą piją, czy też w bezpośrednim otoczeniu używanego przez nich monitora TV lub komputera będą potrafili odpowiedzieć na poniższe pytania:
Metoda badawcza Pomiar promieniowania alfa emitowanego podczas reakcji promieniotwórczego rozpadu: 222 Rn --> 218Po + alfa jest możliwy przy pomocy wielu metod. Najbardziej znane z nich wykorzystują impulsowe lub elektretowe komory jonizacyjne, detektory scyntylacyjne, spektrometry alfa z diodami Si, bariery powierzchniowe lub dyfuzyjne detektory złączowe, a także rejestracje śladów cząstek alfa w materiałach ciał stałych (metoda pasywna).
Do pomiarów koncentracji radonu w powietrzu pomieszczeń mieszkalnych uczniów z terenu 13-tu byłych województw naszego kraju (których wyniki zamieszczamy w tej pracy), zastosowano metodę analizy śladów cząstek alfa pozostawionych na wykonanych z tworzywa sztucznego CR-39 płytkach TASTRAK. Metoda ta została opracowana i wdrożona do praktyki edukacyjnej dzięki wsparciu Ministerstw Edukacji, Zdrowia i Ochrony Środowiska Wielkiej Brytanii w 1988 roku [16-21]. Podobne badania na dużą skalę prowadzili również uczniowie węgierscy [22,23].
Projekt RADONET [24] realizowało 35 nauczycieli i około 1000 uczniów w okresie od 12 kwietnia do 14 czerwca 1997 roku. Koordynatorami projektu byli pracownicy i studenci wykonujący prace magisterskie w Instytucie Fizyki UMK w Toruniu, gdzie wytrawiano płytki przesłane po ekspozycji, zliczano ślady i obliczano odpowiednie stężenia radonu. Proste detektory radonowe w oparciu o płytki TASTRAK uczniowie wykonywali sami na lekcjach fizyki. Do komunikacji autorów projektu z uczestnikami, a także dyskusji otrzymanych wyników użyto sieci Internet.
Koncepcja dydaktyczna projektu, opracowana we współpracy z nauczycielami fizyki, chemii i biologii została opublikowany w języku polskim [25-27 ] i angielskim [28,29], a szczegółowy opis wyników można znaleźć w Internecie pod adresem: http://www.phys.uni.torun.pl/~pdf/radon.html.
Pracownia Dydaktyki Fizyki aktualnie prowadzi badania dotyczące wpływu różnych warunków środowiska zewnętrznego na poziom koncentracji radonu. W szczególności, w związku z dyskusją na ten temat w literaturze [30,31] interesuje nas wpływ pola elektrycznego i elektromagnetycznego [32,33]. Okazuje się, że zarówno w polu elektrycznym jak i elektromagnetycznym wartości względne koncentracji radonu i jego pochodnych mogą przyjmować wartości od kilku do kilkuset, a nawet kilku tysięcy razy wyższe, w zależności od wartości i znaku potencjału, odległości od źródła pola, jego kształtu i rozkładu linii sił [33]! Przy okazji warto zauważyć, że siedząc w niewielkiej odległości od monitora komputerowego zasilanego z sieci możemy wdychać średnio około trzykrotnie więcej radonu niż wówczas, gdy urządzenie to nie jest zasilane. Jak więc postępować? Przede wszystkim często wietrzyć pomieszczenie, w którym pracujemy, a ponadto przecierać ekran monitora komputerowego (lub odbiornika TV) mokrą ściereczką.
Wyniki badań
Wyniki pilotażowych badań projektu RADONET przedstawia poniższy histogram:
Najwyższe średnie wartości stężeń spośród badanych zanotowano w miejscowościach z byłych województw: jeleniogórskiego, krakowskiego, wrocławskiego i olsztyńskiego, a najniższe z bydgoskiego, włocławskiego i toruńskiego.
Badania przeprowadzone przez Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej w Warszawie wykazały, iż średnie stężenie radonu w pomieszczeniach mieszkalnych wynosi w Polsce 38 Bq/m3 i waha się ono w granicach od 4 - 600 Bq/m3, a najwyższe wartości zarejestrowano w okolicach Jeleniej Góry.
Na podkreślenie zasługuje fakt, iż w powyższych badaniach, podobnie, jak w innych tego typu projektach edukacyjnych dotyczących badań środowiska, obok pracowników nauki i nauczycieli, uczestniczyli uczniowie, co miało na celu integrację zadań naukowych z interdyscyplinarną edukacją przyrodniczą i ekologiczną młodzieży.
Literatura
[1] A. Miliszkiewicz, Radon, Opolskie Towarzystwo Przyjacół Nauk, W-wa Wrocław,
1978.
[2] A. Nero, Earth, air, radon and home, Physics Today, 32, 1989.
[3] A. Hrynkiewicz, Promieniowanie naturalne
w środowisku, Postępy Fizyki, t. 44, 5, 1993.
[4] K. Mamont-Cieśla, Sources of radon in indor air, Nukleonika 38, 71-8
6, 1993.
[5] A. Skłodowska, B. Gostkowska, Promieniowanie jonizujące, a człowiek i środowisko, Wyd. Naukowe
Scolar. W-wa, 1994.
[6] T. Niewiadomski, Radon, właściwości, ryzyko, przeciwdziałanie, 1994.
[7] J. Turło, R. Gajewski, Z. Turło, Radioactivity around us, Proc. of
Harmonisation of East-West Radioact.
Pollutant Measurement, Budapest, 324, 1994.
[8 ] A.T. Solecki, Geochemia radonu, Mat konf. PTBR, Zakopane, 123, 1997.
[9] Sohei Kondo, Medical Physics Publishing, Kinki University Press, Osaka, 1993.
[10] Z. Jaworowski, Dobroczynne promieniowanie, Wiedza i Życie, 3, 1997.
[11] D.L. Henshaw, J.P., Eatough, R.B. Richardson, Radon as a causative
factor in induction of myeloid
leukaemia and other cancers, The Lancet, 1008, 1990.
[12] R. Doll, Risk from radon, Radiation Protection Dosimetry, 42, 149,1992.
[13] D. L. Henshaw, Radon exposure in the home. Its occurance and possible
health effects, Contemporary
Physics, 34, , 1993.
[14] A. Hrynkiewicz, Dawki i działanie biologiczne promieniowania jonizującego,
PAA, W-wa-Kraków,1993.
[15] J. Turło, The UK Association for Science Education (ASE) as the partner of
TEMPUS Project aimed at the
modernisation of science teacher education in Poland, Science Education
International, 10, 1, 19, 1999.
[16] A. P. Fews, D.L. Henshaw, Nuclear Instruments and Methods, 197, 517, 1982.
[17] A.P. Fews, Nuclear Tracks Radiaiation Measurements, 12, 221, 1986.
[18] A.P. Fews, Nuclear Instruments and Methods, B72, 9, 1992.
[19] G.C. Camplin, D.L. Henshaw, S. Lock and Z. Simmons, A national survey of
background alpha-particle
radioactivity, Phys. Educ., 23, 212, 1988.
[20] J.E. Allen, G.C. Camplin, D.L. Henshaw, P.A. Keitch, J. Perryman, UK national
survey of radon in
domestic water supplies. Phys. Educ., 28, 1993.
[21] A. N. Ross, J.D. Brown, G.C. Camplin, D.L. Henshaw, Proc. of Harmonisation of
East-West Radioact.
Pollutant Measurement, Budapest, 97, 1994.
[22] E. Toth, Radon monitoring in schools, Energy and risk, Ed, G. Marx, Veszprem,
175, 1989.
[23] G. Marx, The Hungarian Gymnasium, Europhysics news, 30, 5-6, 30, 1999.
[24] J. Turło, A. Karbowski, K. Gołębiowski, J. Rybicki, RADONET -
program badawczy dla szkół wykorzystujący sieć Internet, Mat. konf. Inf. w Szkole, XII,
Lublin, 412, 1996.
[25] D. Boruta, M. Kilińska, R. Kowalewska, E. Parszyk, M. Polaszewska,
Praca dyplomowa pod kier. J. Turło, Projekt PHARE-TESSA, Podyplomowym Studium
Badania Środowiska PRONAT, Toruń, 1995.
[26] E. Parszyk, M. Polaszewska, D. Boruta, M. Kilińska, R. Kowalewska, J.Turło,
Mat.V Krajowej Konf. Zdrowych Miast Polskich, Toruń, 152, 1996.
[27] J. Turło, B. Mądro, H. Osicka, Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Opolskiego,
Fizyka 27, 25, 1997.
[28] H. Osicka, B. Mądro, sup. J.Turło, Radon in our homes - is the risk acceptable
Suppl. Teaching Mat., ICASE Publ, 96, 1997.
[29] J. Turło, Interdisciplinary teachers projects for science education,
Proc of Intern. IOSTE Symposium, Lublin, 99, 1997.
[30] D.L. Henshaw, A.N. Ross, A.P. Fews, A.W. Preece, Aerosol behaviour near high
voltage powerlines -
implications for human exposure, International Journal of Radiation Biology,
69,25, 1996.
[31] E. Masood, Nature, 379,571, 1996.
[32] A. Hoppe, Badanie koncentracji radonu w mieszkaniach osób o podwyższonej
zachorowalności na choroby
górnych dróg oddechowych i płuc, praca mgr pod kier. J. Turło, UMK Toruń, 1998.
[33] A. Kowalski, Wpływ pola elektrycznego i elektromagnetycznego na
poziom koncentracji radonu, praca
mgr pod kier. J. Turło, UMK Toruń, 1999.
Podziękowania Projekt RADONET mógł zostać zrealizowany dzięki niewielkiej pomocy finansowej CODN w Warszawie i Dziekana Wydziału Fizyki i Astronomii UMK, pomocy merytorycznej K. Szumińskiej, A. Gosik, A. Kowalskiego, K. Gołębiowskiego, A. Karbowskiego, K, Rybickiego i K. Wejera, oraz 35 nauczycieli w osobach: K.Baranowski (I LO Olsztyn), B.Biesiedna (SP Nr 222 W-wa), B.Chodziutko (I LO Grudziądz), B.Czechowska (ZSTiO Gorzów Wlkp.), E.Czupry (XI LO Wroclaw), T.Fereżyńska (SP Nr 8 Nowa Ruda), W.Gancarz (LO Torun), L.Gerszberg (ZSE-H Olsztyn), M.Grzegorczyk (II LO Olsztyn), G.Jaworska (SP Nr 91 Wroclaw), A.Kozar (ZSMR Strzelce Kraj.), T.Kubiak (ZSMEiE Toruń), E.Kurek (XV LO W-wa), B.Lubiszewski (LO Jelenia Gora), Z.Łuczka (I LO Gorzow Wlkp.), E.Łysik (SPUnislaw), J.Matuła (SP w Grzybnie), K.Matuszak (SP Nr 3 Mysliborz), B.Mądro (SP Nr 6 Toruń), H. Osicka (IV LO Toruń), H.Pieńkowska (II LO Olsztyn), T.Piwowarczyk (ZSZ Barlinek), E.Plucińska (V LO Olsztyn), E.Parszyk i M.Polaszewska (Sp Nr 10 Toruń), M.Poniatowska (ZSE Wloclawek), W.Skoniecki (SP Swietoslaw), S.Ślezion (II LO Gorzow Wlkp.), B.Sordyl (PSP 9 Czestochowa), A.Stanilewicz (LO Piła), E.Szreniawa (ZSS Niepolomice), Z.Tomusiak (ZSE Przemyśl), P.Walczak (LO Naklo n. Not.), B.Widła (LO Choszczno), M.Wrzeszcz (SP Nr 29 Toruń). Wszystkim, za ogromne zaangażowanie w pracę nad realizacją projektu serdecznie dziękuję.