Czy zaszkodzi nam promieniowanie przy normalnej pracy elektrowni jądrowych?

Promieniowanie jonizujące (dalej nazywane krótko „promieniowaniem”), jest normalnym elementem codziennego życia na Ziemi. Rozpad promieniotwórczy atomów powoduje emisję cząstek alfa, beta i gamma, a z kosmosu dochodzi do nas promieniowanie gamma, neutrony, protony i inne cząstki. Cząstki alfa to jądra helu, złożone z dwóch protonów i dwóch neutronów. Są one łatwo zatrzymywane przez materię – na przykład całkowicie przez kartkę papieru. Promieniowanie beta wydobywa się głównie z jąder atomowych wskutek przemian neutronów w protony. Przenika ono dalej niż cząstki alfa, ale wystarczy cienka blacha by je zatrzymać. Natomiast promieniowanie gamma to fotony o dużej energii, przenikające przez beton i żelazo nawet o znacznej grubości. Do osłabienia promieniowania gamma wysyłanego przez zużyte paliwo jądrowe do wartości nie powodującej zagrożenia potrzeba około 4 metry wody, lub ponad 2 metry ziemi.

Im wyżej tym promieniowanie większe – wielkość dawek od tła naturalnego

Dawki promieniowania³⁵ w różnych rejonach świata są różne. Największy wkład do sumy dawek z różnych źródeł, jaką otrzymuje pojedynczy człowiek, daje radon, wydzielany z ziemi w postaci gazowej i wdychany z powietrzem do naszych płuc. Przy rozpadzie promieniotwórczym³⁶ radon emituje cząstki alfa i przemienia się w krótkożyciowe pierwiastki promieniotwórcze, również emitujące cząstki alfa. Są to z reguły pierwiastki ciężkich metali, które w przeciwieństwie do radonu nie mogą być wydychane. Jeśli atomy radonu lub produktów jego rozpadu rozpadają się w naszych płucach, to cząstki alfa uderzają w tkankę płuc i powodują uszkodzenia jej komórek. Dawka promieniowania beta i alfa z produktów rozpadu radonu przeliczona na całe ciało zależy silnie od składu gleby, ale średnio na Ziemi wynosi 1,27 mSv/rok³⁷. Radon wnosi około 50% średniej indywidualnej rocznej dawki naturalnej, nie licząc narażenia powodowanego przez procedury medyczne.

Dalsze 40% dawki naturalnej pochodzi od promieniowania gamma powodowanego przez promieniowanie kosmiczne i promieniowania materiałów radioaktywnych znajdujących się w glebie i przenikających do naszego ciała. Promieniowanie było z nami od zarania dziejów, a gdy powstawało życie na Ziemi natężenie promieniowania było większe niż obecnie³⁸. Może dlatego promieniowanie jest niezbędne do życia – wiele doświadczeń potwierdziło, że w przypadku całkowitego odcięcia promieniowania rośliny i zwierzęta doświadczalne przestają się rozwijać i rozmnażać. 

Zanim przejdziemy do dyskusji dawek wokoło EJ, przypomnijmy, że średnia globalna dawka naturalna wynosi 2,4 mSv/rok³⁹, a dawka powodowana przez człowieka (głównie przez medycynę) 0,86 mSv/rok⁴⁰. Energetyka jądrowa zwiększa dawkę średnią o minimalną wielkość, która nawet na granicy terenu elektrowni jest mniejsza od 0,01 mSv/rok.

Rys. 2.1. Udział różnych źródeł promieniowania jonizującego w średniej rocznej dawce skutecznej (3,35 mSv) otrzymanej przez statystycznego mieszkańca Polski⁴¹

Przed promieniowaniem kosmicznym chroni nas tylko pole magnetyczne i warstwa powietrza wokoło Ziemi. Im wyżej jesteśmy, tym cieńsza i mniej gęsta jest ta warstwa, a więc i promieniowanie silniejsze. Np. w Zakopanem dawka roczna od promieniowania kosmicznego jest o 50% większa niż w Gdańsku. Moc tej dawki na poziomie morza wynosi 0,28 mSv/rok.

Izotopy promieniotwórcze znajdują się także i w samej Ziemi. Ich rozpad dostarcza ciepła, dzięki któremu Ziemia utrzymuje swą umiarkowaną temperaturę, tak bardzo nam potrzebną do życia. Prawdę mówiąc, wnętrze Ziemi to jedno wielkie składowisko odpadów radioaktywnych. Promieniowanie gleby, w której znajdują się pierwiastki radioaktywne, rozpadające się powoli przez miliony lat, odkąd powstała Ziemia, daje średnio 0,36 mSv/rok. Wśród tych pierwiastków dominującą rolę pełni izotop potasu K-40, który podobnie jak i inne izotopy stanowi część naszego pożywienia. Aktywność samego potasu K-40 w ciele człowieka to 31 000 rozpadów na sekundę. I wchłaniamy tę radioaktywość z każdą kroplą mleka matki, lub mleka z butelki. Jeżeli w mleku nie ma potasu, to znaczy, że jest to woda, a nie mleko. Wskutek tego nasze własne ciała promieniują, a także promieniują inne osoby obok nas. Dawka z tych źródeł wewnętrznych w naszych organizmach wynosi 0,33 mSv/rok⁴².

Promieniowanie przenika do naszych organizmów i powoduje uszkodzenia w komórkach naszego ciała. Nie jest to bynajmniej jedyny powód takich uszkodzeń – prawdę mówiąc uszkodzenia powodowane przez promieniowanie są minimalną częścią sumy uszkodzeń z różnych przyczyn, głównie z powodu naturalnych procesów zachodzących w naszym organizmie, takich jak procesy utleniania. Ale promieniowanie było z nami przecież także wtedy, gdy życie rodziło się na Ziemi. Co więcej, promieniowane było wtedy silniejsze. I nasze organizmy rozwinęły się i wykształciły reakcje obronne, które chronią nas przed skutkami tych uszkodzeń. Te reakcje obronne aktywują się pod wpływem promieniowania i pomagają w usuwaniu nie tylko komórek uszkodzonych przez promieniowanie z kosmosu, ale także uszkodzonych wskutek wielu innych przyczyn. Wielu uczonych twierdzi, że wpływ na nasze organizmy małych dawek promieniowania, takich jakie pochodzą ze źródeł naturalnych, jest pomijalnie mały. Inni utrzymują, że dla bezpieczeństwa należy przyjąć, że każda dawka promieniowania może być szkodliwa. W tym rozdziale zapoznamy się z wieloma obserwacjami, które pokażą, jakie są skutki promieniowania w różnych rejonach Ziemi i w różnych sytuacjach.

[35] Dawka promieniowania określona jest przez ilość energii promieniowania pochłoniętej w tkance naszego ciała. Do określania biologicznych skutków napromieniowania ożywa się tzw. dawki równoważnej mierzonej w siwertach (Sv).
[36] Rozpad promieniotwórczy to zjawisko spontanicznej przemiany jądra atomowego danego izotopu w inne jądro, przy ktąrej emitowane jest promieniowanie.
[37] mSv to jedna tysiączna część Siverta, średnio na Ziemi człowiek otrzymuje około 2,4 mSv na rok ze źródeł naturalnych i 0,8 mSv /rok od zastosowań radiacji w medycynie.
[38] Karam A.P, Leslie S.A, Anbar A.: The effects of changing atmospheric oxygen concentrations and background radiation levels on radiogenic DNA damage rates. Health Physics, 2001, Vol. 81, No 3, p. 545-553.
[39] Siwert (Sv) to jednostka stosowana w ochronie przed promieniowaniem, oznaczająca dawkę odpowiadającą pochłonięciu 1 dżula energii przez 1 kg masy ciała, skorygowana ze względu na rodzaj promieniowania i wywoływane przez nie skutki biologiczne. Ponieważ jest to duża jednostka, w energetyce jądrowej jesteśmy zainteresowani dawkami tysiąc razy mniejszymi, oznaczanymi skrótem mSv (milisieverty).
[40] Państwowa Agencja Atomistyki, Działalność prezesa Państwowej Agencji Atomistyki oraz ocena stanu bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej w Polsce w 2007 roku, Warszawa 2008.
[41] Tamże.
[42] Człowiek i promieniowanie jonizujące, Praca zbiorowa pod redakcją A. Hrynkiewicza, PWN, Warszawa 2001.