Czernobyl’ reminiscence

Informacje ogólne  

Radioaktywność

20. rocznica katastrofy w Czarnobylu

Katastrofa czarnobylska a skażenia promieniotwórcze środowiska naturalnego Polski,

Naturalna promieniotwórczość otoczenia

Substancje promieniotwórcze znajdują się w środowisku naturalnym Ziemi od samego początku jej istnienia. Nawiasem mówiąc, początkowo było ich znacznie więcej. Te z nich, które miały względnie krótkie w geologicznej skali czasu okresy połowicznego rozpadu zniknęły samoistnie – rozpadły się. Inne, bardzo długożyciowe, pozostały, lecz ich aktywność zmniejszyła się. Obecnie łącznie występuje na Ziemi ponad 50 różnych naturalnych izotopów pierwiastków promieniotwórczych. Głównie są to alfa-promieniotwórcze izotopy ciężkich pierwiastków zapoczątkowujące tzw. szeregi promieniotwórcze: uranowy (²³⁸U), torowy (²³²Th), aktynowo-uranowy (²³⁵U). Szeregi promieniotwórcze to rodziny kolejno rozpadających się izotopów promieniotwórczych, w większości względnie krótkożyciowych. W skład szeregów promieniotwórczych wchodzi łącznie ponad 30 izotopów alfa, beta i gamma promieniotwórczych. W przyrodzie powszechnie występuje też długożyciowy radioaktywny izotop potasu – ⁴⁰K (emitujący promieniowanie beta i gamma). W ciele człowieka w każdej sekundzie następuje ok. 3000 rozpadów promieniotwórczych tego izotopu. Mówimy, że ⁴⁰K zawarty w ciele człowieka ma aktywność 3000 bekereli (1 bekerel = 1 Bq = 1 rozpad na sekundę).

Górne warstwy atmosfery Ziemi bombardowane są nieustannie przez promieniowanie kosmiczne – strumień wysokoenergetycznych cząstek elementarnych, głównie protonów. Wywołują one reakcje jądrowe prowadzące do powstawania kolejnych kilkunastu rodzajów tzw. kosmogenicznych pierwiastków promieniotwórczych, najsłynniejszym z nich jest czysto beta-promieniotwórczy izotop węgla ¹⁴C, wbudowujący się do organizmów żywych. Jego aktywność w ciele człowieka wynosi około 2000 Bq. Promieniowanie kosmiczne wytwarza też strumień wtórnych cząstek docierających częściowo do powierzchni Ziemi i oddziałujących na organizmy żywe.

Oddziaływanie promieniowania przenikliwego na materię żywą

W wyniku pochłonięcia promieniowania jonizującego przez materię odkłada się w niej dawka (tzw. dawka pochłonięta). Jest to sumaryczna ilość energii pochłonięta w danej masie. Wyraża się ją w grejach (Gy). Niestety, dawka okazała się być wielkością zbyt ogólną do opisu skutków oddziaływania promieniowania z organizmem żywym. Skutek ten pełniej opisuje wielkość nazwana dawką skuteczną. Uwzględnia ona różną przenikliwość poszczególnych typów promieniowania oraz metabolizm danego pierwiastka.

Każdy atom izotopu promieniotwórczego danego pierwiastka zachowuje się chemicznie i biochemicznie jak zwykły atom tego pierwiastka aż do pewnej, przypadkowej chwili, gdy ulegając właściwemu sobie rozpadowi przekształca się w inny pierwiastek chemiczny, emitując promieniowanie jonizujące. W skład tego promieniowania mogą wchodzić cząstki alfa (jądra helu) lub beta (elektrony lub pozytony) oraz, bardzo często, lecz nie zawsze, kwanty promieniowania gamma (fotony). Fotony promieniowania gamma w swej istocie fizycznej nie różnią się od fotonów światła widzialnego, niosą jednak energię co najmniej kilkaset tysięcy razy większą. Są one bardziej przenikliwe od promieniowania beta, a tym bardziej od alfa. Duża przenikliwość oznacza, że kwanty gamma mogą wnikać głęboko w materię, a więc tracą swoją energię wzdłuż względnie długiej drogi. Odwrotnie, mało przenikliwe cząstki alfa, przekazują całą swoją energię na małej drodze. Substancje alfa i beta promieniotwórcze oddziaływają na nas dopiero po dostaniu się do organizmu (lub na powierzchnię skóry), podczas gdy duża przenikliwość promieniowania gamma umożliwia substancjom emitującym to promieniowanie oddziaływać na nas również z otoczenia, tzn. z pewnej odległości. Emisja cząstki alfa następująca w organizmie żywym prowadzi do największych uszkodzeń tkanek. Dla cząstek beta i kwantów gamma uszkodzenia są mniejsze, ale występują na większym obszarze. Czas połowicznego zaniku (fizyczny) określa skalę czasową w jakiej dana substancja promieniotwórcza obecna jest w środowisku. Od chwili jednorazowego skażenia, po upływie czasu niewiele przekraczającym trzy razy czas połowicznego zaniku, aktywność danej substancji spada do poniżej 10% swojej początkowej wartości. Przy wniknięciach do organizmu ważny jest też tzw. czas biologiczny połowicznego zaniku. Definiuje się go jako czas, po którym połowa z wchłoniętej aktywności opuści organizm. Przykładowo, dla ¹³⁷Cs fizyczny czas połowicznego zaniku wynosi 30 lat, natomiast czas biologiczny tylko około 100 dni.

Dawkę skuteczną wyraża się w siwertach (Sv). Ocenia się, że otaczająca i wbudowana w nas promieniotwórczość naturalna wraz z wtórnym promieniowaniem kosmicznym docierającym do powierzchni Ziemi na poziomie morza, średnio prowadzi do pochłonięcia dawki około 2,8 mSv w ciągu roku. Za bezpieczne uważa się otrzymanie dodatkowo rocznie dawki skutecznej równej 1 mSv. Tego rzędu dawki skuteczne wynikają z np. prześwietlenia płuc. Dawka skuteczna przekraczająca kilka siwertów (a więc kilka tysięcy razy większa), otrzymana w krótkim czasie, prowadzi do śmierci człowieka. Objawy choroby popromiennej można obserwować u osób, które otrzymały dawki skuteczne większe od 0.75 Sv (inaczej: 750 mSv). Mniejsze dawki skuteczne wpływają jedynie na wzrost prawdopodobieństwa zmian genetycznych u otrzymujących je ludzi oraz ich potomstwa, oraz wzrost prawdopodobieństwa zapadnięcia na chorobę nowotworową. Skutki te określa się mianem tzw. skutków stochastycznych. Wierzy się, że prawdopodobieństwo wywołania skutków stochastycznych jest wprost proporcjonalne do otrzymanej dawki skutecznej nawet dla małych dawek. Słowo "wierzy się" oddaje aktualny stan wiedzy na ten temat. Związek ten jest dobrze udokumentowany dla dawek skutecznych rzędu kilkuset mSv lub większych. Jednak brak jest dobrych danych statystycznych w obrębie małych dawek skutecznych (np. 20 mSv), dokumentujących prostą proporcjonalność obu wielkości. Ostatnio pojawiają się zwolennicy kontrowersyjnej tezy, że w obszarze tak małych dawek promieniowanie może być wręcz korzystne dla zdrowia ludzi.

Skażenia promieniotwórcze

Przez skażenia promieniotwórcze środowiska rozumie się wzrost koncentracji naturalnych pierwiastków promieniotwórczych w biosferze spowodowany działalnością człowieka (np. przy wydobywaniu i spalaniu kopalin) lub pojawienie się (od lat czterdziestych XX w.) substancji promieniotwórczych nie występujących wcześniej w środowisku, tzw. sztucznych pierwiastków promieniotwórczych. Głównym źródłem tych ostatnich substancji były próbne wybuchy jądrowe prowadzone w atmosferze, katastrofy reaktorów (w tym największa – czarnobylska) oraz przeróbka i składowanie paliwa jądrowego.

Wybuchy jądrowe w atmosferze prowadziły USA, ZSRR, Francja, Anglia i Chiny. W 1963 roku supermocarstwa (USA, ZSRR i Wielka Brytania) podpisały traktat o zaprzestaniu prób w atmosferze, później dołączyła do nich Francja i Chiny. Największe nasilenie wybuchów miało miejsce tuż przed jego podpisaniem. Ostatni wybuch atmosferyczny przeprowadziły Chiny w 1980 roku. Łączna moc wybuchów przekraczała dwadzieścia tysięcy razy moc bomby zrzuconej na Hiroszimę. Wybuchy spowodowały globalny opad promieniotwórczy, obejmujący całą kulę ziemską. Opad po wybuchach zawierał, oprócz wielu szybko rozpadających się izotopów, również i izotopy względnie długożyciowe. W Polsce, na jeden metr kwadratowy przeciętny opad najważniejszych z nich wynosił: 4800 Bq dla ¹³⁷Cs (emiter promieniowania beta i gamma, czas połowicznego zaniku 30 lat), 3000 Bq dla ⁹⁰Sr (emiter promieniowania beta, czas połowicznego zaniku 28 lat), 58 Bq dla ^239+240Pu (emiter promieniowania alfa, czas połowicznego zaniku 24 100 lat), 25 Bq dla ²⁴¹Am (emiter promieniowania alfa i gamma, czas połowicznego zaniku 432 lata). Ponad 90% opadu miało miejsce przed 1966 rokiem.

Dawka skuteczna dla przeciętnego mieszkańca półkuli północnej otrzymana w ciągu całego życia (70 lat) w wyniku tego opadu wynosi 4,5 mSv, a więc stanowi trzydziestokrotnie mniejszą dawkę od tej, jaką otrzyma on w tym czasie od tła naturalnego.

Katastrofa Elektrowni Jądrowej w Czarnobylu

26 kwietnia 1986 roku wydarzyła się najpoważniejsza, jak dotąd, katastrofa reaktora jądrowego. W Elektrowni Jądrowej im. Lenina w Czarnobylu na Ukrainie, w trakcie rutynowego, okresowego wyłączania najnowszego wówczas, czwartego reaktora elektrowni przeprowadzano eksperyment służący, paradoksalnie, wzrostowi bezpieczeństwa pracy reaktora. Eksperyment powinien zostać przeprowadzony dwa lata wcześniej, przed oddaniem reaktora do eksploatacji. Jednak wówczas jego przeprowadzenie zagrażało przedplanowemu oddaniu reaktora do użytku i odłożono go na później, łamiąc jeden z przepisów eksploatacji reaktorów. Młodszym czytelnikom należy uświadomić, że w gospodarce komunistycznej swoistą rutyną (od której zależało wypłacanie premii) było oddanie inwestycji nie zgodnie z planem, lecz wcześniej. Eksperyment polegał na sprawdzeniu jak długo w sytuacji awaryjnej, po ustaniu napędzania turbin generatorów parą z reaktora, energia kinetyczna ich ruchu obrotowego produkuje wystarczającą ilość energii elektrycznej dla potrzeb awaryjnego sterowania reaktorem. Czas ten potrzebny jest by uruchomić system awaryjnego zasilania elektrycznego sterowania reaktorem – mały generator elektryczny napędzany przez silnik spalinowy. Dla przeprowadzenia eksperymentu potrzebne było symulowanie sytuacji awaryjnej. Praktycznie wszystkie automatyczne systemy bezpieczeństwa reaktora zostały wyłączone, aby nie przerwały eksperymentu.

Paliwo reaktora jądrowego w czasie jego eksploatacji staje się znacznie bardziej radioaktywne niż jest początkowo. Dzieje się tak, gdyż pojawiają się w nim produkty rozszczepienia uranu mające znacznie mniejszy czas połowicznego zaniku od samego uranu (przy tej samej masie oznacza to znacznie wyższą aktywność). Ponadto w wyniku reakcji jądrowych wywołanych przez obecne w reaktorze neutrony, w tzw. procesach aktywacji, wiele nieradioaktywnych pierwotnie materiałów staje się radioaktywnymi. Wielość substancji zawartych w wypalonym paliwie jądrowym bardzo komplikuje przebieg procesów zachodzących przy zmianach strumienia neutronów, a więc przy wszelkich próbach regulacji mocy reaktora. Właśnie dla uniknięcia zbytniej złożoności obsługi reaktora paliwo wymienia się po okresie około dwóch lat.

Reaktory w czarnobylskiej elektrowni jądrowej są reaktorami typu RBMK – 1000. Nazwa reaktora to skrót od rosyjskiej nazwy “reaktor dużej mocy kanałowy”, liczba 1000 odnosi się do rozwijanej mocy elektrycznej 1000 MW (moc cieplna wynosi 3000 MW). Na świecie istnieje tylko kilkanaście takich reaktorów, wszystkie na terenie byłego ZSRR. Mają szczególną konstrukcję. Ich cechą charakterystyczną jest wykorzystanie w charakterze tzw. moderatora (substancji służącej do spowalniania neutronów) grafitu. Mają też pewną szczególną cechę eksploatacyjną. W zakresie pracy przy małych mocach bywa niestabilny, a więc może zwiększyć moc w sposób niekontrolowany. W terminologii technicznej określa się to mianem możliwości wystąpienia dodatniej reaktywności przy pewnych warunkach pracy. Własność ta, będąca poważną wadą zagrażającą bezpieczeństwu eksploatacji, była znana już na etapie projektowym reaktora, jednak jego zaleta – możliwość stosunkowo łatwej produkcji plutonu dla potrzeb sektora wojskowego (wytwarzanie broni jądrowej) przeważyła i zdecydowano się wprowadzić ten typ reaktora do eksploatacji. Musiano w tym celu nawet zmienić obowiązujące w ZSRR prawo atomowe, gdyż poprzednie wymagało zagwarantowania stabilności pracy reaktora w każdych warunkach. Z drugiej strony właśnie ze względu na łatwą produkcję plutonu w tym typie reaktora, nie był on eksportowany poza granice ZSRR.

Eksperyment zaplanowano na godziny popołudniowe 25 kwietnia 1986 roku. Do jego przeprowadzenia wybrano lepszą część załogi i przeszkolono ją. Rozpoczęto go zgodnie z planem redukując moc reaktora we wczesnych godzinach popołudniowych, jednak główny dyspozytor mocy systemu energetycznego zażądał dalszej produkcji energii elektrycznej i zezwolił na wyłączenie reaktora dopiero w godzinach nocnych.

Wymienione powyżej czynniki (a więc konstrukcja dopuszczająca dodatnią reaktywność, eksploatacja w warunkach gospodarki niedoboru, wyłączenie systemów bezpieczeństwa) oraz ewidentne błędy operatora chcącego za każdą cenę doprowadzić do założonych parametrów wyjściowych eksperymentu (nawet z pogwałceniem zasad eksploatacji tego typu reaktorów) doprowadziły (o godzinie 1.23 czasu moskiewskiego) do utraty kontroli nad mocą reaktora, która w pewnej chwili wzrosła ponad stukrotnie. Tego nie mogła wytrzymać konstrukcja. Eksplodował najpierw układ chłodzenia, a potem wodór i tlen powstałe z rozkładu termicznego wody. Należy podkreślić, że był to wybuch chemiczny, nie jądrowy.

Wybuch zapoczątkował pożar grafitu (moderatora). Pożar trwał 10 dni, temperatura osiągała 2000 C⁰. Wiele wysiłku włożono w próby ugaszania go, jednak próby te później okazały się praktycznie bezskuteczne. Aktualnie przyjmuje się, że pożar zakończył się samoistnie w chwili przepalenia betonowego stropu na którym znajdował się reaktor, gdy stopione paliwo spłynęło do pomieszczenia poniżej mającego służyć pierwotnie do przechowywania wykorzystanego paliwa.

W wyniku wybuchu a następnie pożaru do atmosfery przedostało się kilkadziesiąt izotopów promieniotwórczych o łącznej aktywności przekraczającej 10¹⁹ Bq. Uwolniona aktywność stanowiła jednak tylko ok. 4% całkowitej aktywności zawartej w reaktorze. Substancje nielotne (np. pluton, cyrkon, cer, niob itp.) zostały uwolnione w trzech procentach swej całkowitej aktywności w reaktorze, substancje lotne (np. jod, cez, tellur) odparowały w ilości od dwudziestu do sześćdziesięciu procent swej zawartości w reaktorze, a gazy szlachetne (np. ksenon i krypton) uwolnione zostały w stu procentach. Prądy termiczne wywołane pożarem i wybuchem wyniosły skażenia na początkową wysokość ok. 2 km, skąd rozchodziły się zgodnie z kierunkiem przepływu mas powietrza, przy czym duże aerozole opadały bliżej, a drobne, mikronowe lub mniejsze mogły unosić się tygodniami w powietrzu. Proporcje pomiędzy poszczególnymi izotopami promieniotwórczymi w opadzie radioaktywnym zmieniały się z odległością od reaktora, gdyż duże aerozole zawierały głównie substancje nielotne, a drobne były kondensatami substancji lotnych. Proporcje te zmieniały się też też w kolejnych dniach, co wynikało ze zmian temperatury pożaru. Łatwo mierzalne skażenia obserwowano w całej Europie, a ślady skażeń wykryto praktycznie na całej półkuli północnej. Orientacyjną mapę skażeń Europy długożyciowym izotopem 137Cs przedstawiono na rysunku 1. Mapa ta opracowana jest na podstawie publikacji naukowych z poszczególnych krajów.

Rysunek 1 – mapa skażeń gleby

Nadciągające bezpośrednio z Czarnobyla nad Polskę skażone powietrze pochodziło z emisji trwającej praktycznie tylko jedną, pierwszą dobę. Najprawdopodobniej już w nocy z 26 na 27 kwietnia skażeniu uległ rejon Suwałki-Augustów, ale te skażenia nie były wówczas wykryte. Z chmury przemieszczającej się na dużym pułapie w kierunku Skandynawii częściowo nad tym terenem wypadały stosunkowo duże aerozole (przeciętna średnia rzędu 5-10 mikrometrów). Wytworzone tam skażenia charakteryzują się większymi względnymi koncentracjami izotopów pierwiastków mało lotnych (cer, cyrkon, ruten, pluton, stront itd.), obserwowanych w tzw. "gorących cząstkach typu paliwowego”. Terminem tym określa się drobno rozpylone fragmenty paliwa jądrowego. Nad tereny północno-wschodnie na niskim pułapie (tj. w warstwie przyziemnej powietrza) skażenia zaczęły napływać około północy z 27.04 na 28.04, skąd w wyniku zmiany kierunku przepływu mas powietrza zaczęły przenikać w kierunku południowo-zachodnim. Później, obłok promieniotwórczy przekraczający naszą granicę w rejonie Brześcia nad Bugiem przemieszczał się wprost w kierunku Śląska, opuszczając Polskę 1 maja. Maksymalnie aktywność powietrza osiągała wartości kilkuset bekereli w metrze sześciennym, dla Krakowa przykładowo było to 300 Bq/m³ utrzymujące się przez prawie pół dnia 29.04. W pierwszych dniach awarii w opadzie i w powietrzu dominowały krótkożyciowe izotopy głównie jodu i telluru. Wykryte w powietrzu i opadzie substancje promieniotwórcze zestawiono w Tabeli 1. Z dozymetrycznego punktu widzenia najbardziej istotny był początkowo ¹³¹I, później, tj. w kolejnych latach, ¹³⁷Cs.

Tabela 1. Przykład składu izotopowego chmury czarnobylskiej nad Polską (aktywności w Bq/m³ powietrza). Dane dla Krakowa z dnia 29.04.1986 roku na podstawie prac prowadzonych w Instytucie Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego (IFJ) i Instytucie Fizyki i Techniki Jądrowej (AGH) – (za J. W. Mietelski, praca doktorska, IFJ 1994).

Przykład składu izotopowego chmury czarnobylskiej

W następnych dniach docierały nad Polskę kolejne fale skażonego powietrza, ale było to już powietrze zawierające dużo mniejsze skażenia, gdyż docierało do nas nie bezpośrednio ze wschodu, lecz np. po zatoczeniu dużego łuku nad Bałkanami od południa, jak skażenia widoczne w powietrzu w pierwszym tygodniu maja 1986. Szczęśliwie dla Polski w chwili przechodzenia najbardziej skażonych mas powietrza deszcze padały jedynie na małych obszarach kraju. Należy tu wyjaśnić, że opad promieniotwórczy towarzyszący opadowi atmosferycznemu (deszcz, śnieg) może być wielokrotnie większy niż przy dobrej pogodzie. Uważa się, że na terenach nad którymi nie przemieszczała się chmura skażeń na przełomie kwietnia i maja znaczący (względnie) opad promieniotwórczego cezu powstał później (maj-czerwiec) wraz z deszczami zawierającymi ciągle ślady chmury czarnobylskiej.

Ilość wprowadzonych do środowiska substancji promieniotwórczych odpowiada (bardzo zgrubnie – występują duże różnice pomiędzy poszczególnymi izotopami promieniotwórczymi) serii wybuchów jądrowych (od kilku do kilkudziesięciu ładunków małej mocy) lub jednemu wybuchowi dużej mocy.

Długożyciowe izotopy radioaktywne pozostające w środowisku naturalnym Polski

Najwyższe skażenia roślin i zwierząt utrzymują się w lasach. Lasy są szczególnym środowiskiem, w którym substancje skażające pozostają bardzo długo w istotnych elementach ekosystemu. Proces samo oczyszczenia (migracji zanieczyszczeń w głąb gleby) jest szybszy w lasach liściastych, wolniejszy w szpilkowych, lecz w obu przypadkach jest znacznie wolniejszy niż na terenach rolniczych. Substancje skażające przechowywane są głównie w ściółce leśnej.

Po katastrofie czarnobylskiej w Centralnym Laboratorium Ochrony Radiologicznej (CLOR) w Warszawie kontrolowano poziom skażeń promieniotwórczymi izotopami cezu w produktach leśnych eksportowanych z Polski: dziczyźnie, jagodach, grzybach. Przebadano tam ok. 3000 próbek mięsa saren, jeleni, dzików i łosi. Poziomy obserwowanych wartości średnich dla różnych gatunków zwierząt niewiele różnią się od siebie. Najwyższe średnie skażenia obserwowano w 1986 roku w sarninie (227 Bq/kg dla ¹³⁷Cs), jednak obserwowany zakres skażeń ¹³⁷Cs wynosił od 10 do 6340 Bq/kg. Średnie skażenia spadły do poziomu 30 Bq/kg w 1991 roku. Wyniki badań mięsa dzika z rejonu Opola i Częstochowy w 1988 roku, przewyższające ówczesną średnią około czterdziestokrotnie, zasygnalizowały możliwość istnienia na terenie Polski miejsc o daleko wyższym, niż przeciętnie, poziomie skażeń promieniotwórczym cezem. W wyniku tego, w CLOR rozpoczęto badania próbek gleby pobieranych na terenach stacji meteorologicznych. Potwierdziły one to przypuszczenie – znaleziono obszar na Śląsku Opolskim, gdzie skażenia ¹³⁷Cs przekraczały 50 000 Bq/m². Dalsze badania prowadzone przez CLOR, Państwowy Instytut Geologiczny (PIG) oraz Instytut Fizyki Jądrowej (IFJ) potwierdziły istnienie takiego obszaru oraz sprecyzowały jego granice.

Od 1988 w IFJ prowadzi się badania skażeń ściółek leśnych. Prowadząc badania w próbkach pobranych w 1991 roku na terenie całej Polski stwierdzono obecność w ściółce kilku sztucznych izotopów promieniotwórczych, pochodzących z Czarnobyla, takich jak: ¹³⁷Cs, ¹³⁴Cs, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Ce, ¹²⁵Sb oraz śladów wcześniej nie stwierdzanych: ⁶⁰Co, ¹⁵⁴Eu i ¹⁵⁵Eu. Wszystkie one są beta i gamma promieniotwórcze. Trzy ostatnio wymienione obserwowaliśmy na tak małych poziomach aktywności, że nie są i nigdy nie były, istotne dozymetrycznie. We wszystkich próbkach dominował ¹³⁷Cs. Jego maksymalne aktywności przekraczały 3000 Bq w 1 kg suchej ściółki co można przeliczyć na kilkadziesiąt tysięcy Bq na metr kwadratowy powierzchni. Geografia skażeń tym izotopem była zgodna z wcześniejszymi badaniami warszawskiego Centralnego Laboratorium Ochrony Radiologicznej. Najwyższe skażenia odnotowano na Śląsku Opolskim, Cieszyńskim i w Sudetach. Powstały one na skutek opadów atmosferycznych występujących podczas przechodzenia chmury promieniotwórczej. ¹³⁴Cs był obecny w prawie stałej proporcji względem ¹³⁷Cs, wynoszącej w 1986 roku 50%. Podobnie proporcjonalny do 137Cs był ¹²⁵Sb, przy czym jego aktywności były jeszcze mniejsze od ¹³⁴Cs. Obecność stosunkowo krótkożyciowych izotopów: ¹⁰⁶Ru a tym bardziej ¹⁴⁴Ce w próbkach badanych na początku lat dziewięćdziesiątych wskazuje na ich relatywnie wysokie aktywności w 1986 roku. Dla ¹⁴⁴Ce osiągają one wartości rzędu dwudziestu tysięcy bekereli na metr kwadratowy powierzchni w 1986 roku. ¹⁴⁴Ce jest ciekawym izotopem promieniotwórczym, występującym w opadzie czarnobylskim w stałej proporcji do plutonu. Wykonując oddzielne analizy radiochemiczne w poszukiwaniu plutonu, na podstawie analizy zawartości izotopu ²³⁸Pu potwierdzono obecność plutonu pochodzenia czarnobylskiego w próbkach. Maksymalna aktywność opadu czarnobylskiego dla wszystkich alfa promieniotwórczych izotopów plutonu nie przekraczała 30 Bq/m², a więc nie przekraczała 50% wielkości opadu po testach z bronią jądrową. Towarzyszył im opad innych nielotnych izotopów, w tym długożyciowych jak: ⁹⁰Sr (do ok. 3000 Bq/m²), ²⁴¹Pu (do 1000 Bq/m²) oraz ²⁴¹Am (do 30 Bq/m²). Geografia tych skażeń jest odmienna od skażeń izotopami cezu. Wystąpiły one w Polsce Północno-Wschodniej, głównie w rejonie Augustowa i Suwałk. Przypuszczalny rozkład skażeń na terenie Polski plutonem pochodzenia czarnobylskiego przedstawiono na rysunku 2. Ocena wielkości skażeń ⁹⁰Sr oparta jest na badaniach materiału roślinnego i kości zwierząt. Izotop ten znalazł się w środowisku Polski głównie wewnątrz “gorących cząstek”, po kilku latach został z nich wymyty stając się dostępnym dla roślin, gdzie chętnie się wbudowuje.

Rysunek 2 – skażenia plutonem na terenie Polski

W Polsce badane były również skażenia mchów, różnych roślin łąkowych, porostów, jagód oraz przede wszystkim grzybów. Obserwowane aktywności w jagodach sięgały od 5 do 600 Bq w 1 kg świeżej masy owoców. W połowie lat sześćdziesiątych w Niemczech odkryto, że pewne gatunki grzybów zawierają skoncentrowane ilości ¹³⁷Cs pochodzącego z opadu globalnego po próbnych wybuchach jądrowych. Wśród takich gatunków najbardziej pospolitymi są podgrzybek brunatny i krowiak podwinięty – olszówka (według ostatnich klasyfikacji trujący). Badania prowadzone w IFJ pozwalają zaliczyć do grzybów silnie akumulujących cez ponadto takie gatunki jak: płachetka kołpakowata, kolczak obłączasty i maślak pstry. Niskie koncentracje cezu występują w grzybach takich gatunków jak czubajka kania i opieńka miodowa. Duże zróżnicowanie wykazują poszczególne gatunki gąsek (największe koncentracje w gąsce zielonce), gołąbków (najwięcej w gołąbku jadalnym i gołąbku wymiotnym) i koźlarzy (najwięcej w koźlarzu babce). Najwyższe stężenia izotopów cezu stwierdzono w badaniach prowadzonych w IFJ, w próbce podgrzybków brunatnych pobranej w 1991 roku w okolicach Opola, stwierdzono 158 000 Bq ¹³⁷Cs i 16 000 Bq ¹³⁴Cs w 1 kg suszu (przy błędach oznaczenia rzędu 5%). Najmniejsze stężenia były ponad tysiąc razy mniejsze. W badanych w CLOR próbkach grzybów największe skażenia izotopami cezu były niższe niż wymienione, sięgały 5000 Bq w 1 kg świeżych grzybów (w podgrzybku brunatnym z 1988) co odpowiada ok. 50 000 Bq/kg dla aktywności obliczanej w suchej masie próbki, gdyż owocniki grzybów zawierają około 90% wody. Skażenia tego samego gatunku grzybów w Polsce różnią się znacznie. Na rysunku 3 przedstawiona została orientacyjna mapa skażeń ¹³⁷Cs w próbkach podgrzybka brunatnego z terenu Polski w 1991 roku. Aktywności podane są w tysiącach Bq (kilo bekerelach) na 1 kg suchej masy. Dla porównania warto dodać, że naturalna substancja promieniotwórcza, izotop potasu (⁴⁰K) znajduje się w grzybach w ilości rzędu 1300 Bq w 1 kg suszu, lub inaczej mówiąc, 130 Bq w 1 kg świeżych grzybów. Przeprowadzone badania pozwalają ocenić, że bezpośrednio przed 1986 w grzybach utrzymywało się stężenie ¹³⁷Cs pochodzącego z testów jądrowych (a więc z opadu, który wystąpił około 20 lat wcześniej) na poziomie rzędu 1 tys. Bq/kg dla suszu. Pozwala to prognozować, że ¹³⁷Cs pochodzący z katastrofy czarnobylskiej obecny będzie w grzybach przez kilkadziesiąt lat.

Rysunek 3 – skażenia wykryte w próbkach podgrzybka brunatnego

Skutki zdrowotne

W akcji gaszenia i następnie porządkowania rejonu katastrofy wzięło udział ponad 600 000 ludzi, głównie żołnierzy. W listopadzie 1986 zakończono budowę tzw. sarkofagu – improwizowanej osłony resztek reaktora. Bezpośrednio w okresie katastrofy w wyniku napromieniowania 237 osób zachorowało na chorobę popromienną (ostrą chorobę popromienną stwierdzono u 134 osób), zmarło 31 osób. Pomimo szczególnej opieki medycznej dalszych 14 osób spośród przechodzących ostrą chorobę popromienną zmarło w kolejnych 10 latach, jednak ich śmierci nie wiąże się z katastrofą, gdyż bezpośrednimi przyczynami ich zgonów były choroby nie wiązane dotychczas z promieniowaniem (np. zawał serca).

Od końca kwietnia do połowy sierpnia 1986 ewakuowano około 116 tysięcy mieszkańców terenów najsilniej dotkniętych. Przyjmuje się, że ok. 200 000 ludzi przebywających bezpośrednio w rejonie katastrofy otrzymało dawki skuteczne większe od 100 mSv, a więc takie, dla których skutki stochastyczne promieniowania zajdą lub już zaszły po czternastu latach od niej. Jednak istotą zmian stochastycznych jest ich statystyczna, oparta wyłącznie na pewnym prawdopodobieństwie, natura. Trzeba pamiętać, że w tak licznej populacji występuje zawsze skończona liczba zachorowań i śmierci również na nowotwory. Prowadzenie badań nad zachorowalnością na nowotwory wywołane katastrofą czarnobylską tych osób napotyka na duże trudności związane z rozpadem ZSRR, utrudnieniami i przekłamaniami w przepływie informacji, brakiem wiarygodnych ocen otrzymanych indywidualnie dawek itp.

Jedynym widocznym bez wątpliwości, ogólnie uznanym skutkiem stochastycznym jest wzrost zachorowalności na nowotwory tarczycy obserwowany wśród dzieci głównie na Białorusi. Szczęśliwie osiąga się wysoki procent uleczalności tego schorzenia. Pojawiają się doniesienia o wzroście zachorowalności na białaczki wśród populacji osób bezpośrednio zaangażowanych w likwidację skutków katastrofy w jej miejscu, jednak dane budzą wciąż zastrzeżenia specjalistów.

Obserwowane w Polsce skażenia nie powinny budzić silnego niepokoju. Ocenia się, że na skutek katastrofy czarnobylskiej przeciętny mieszkaniec Polski otrzymał w pierwszym roku od katastrofy dawkę skuteczną równą 0.2 mSv, a w czasie całego życia otrzyma od 0.9 do 2.5 mSv. Dla dzieci wartości te są większe o 50%. Mieszkaniec Krakowa i okolic otrzymał trochę większe dawki niż przeciętny Polak. Przykładowo, w Instytucie Fizyki Jądrowej w Krakowie oszacowano dawkę skuteczną dla dorosłego mieszkańca Krakowa w pierwszym miesiącu po katastrofie, z rozbiciem na udziały od poszczególnych izotopów promieniotwórczych. Uwzględniono tam trzy drogi narażenia radiacyjnego człowieka: inhalację, spożycie i napromienienie zewnętrzne. Sumarycznie dawka ta wynosi ok. 0,3 mSv (w ciągu miesiąca), przy czym decydujący wpływ na dawkę skuteczną miało spożywanie skażonej żywności (0,17 mSv). Największe równoważniki dawek otrzymali mieszkańcy Północno-Wschodniej Polski (z racji znacznego opadu “gorących cząstek”) oraz województwa Opolskiego (gdzie opad cezu przekraczał 50 000 Bq/m²). Po kilku miesiącach od katastrofy w pożywieniu pozostały praktycznie tylko izotopy cezu (¹³⁷Cs i ¹³⁴Cs), inne izotopy promieniotwórcze (np. izotopy rutenu) słabiej przenikają do roślin lub ich aktywności były bardzo niskie (np. na większości terenu Polski ⁹⁰Sr). W typowych produktach spożywczych, pochodzących z upraw rolniczych, obserwuje się znacznie szybszy spadek aktywności izotopów cezu niż wynikałoby to z fizycznych czasów połowicznego zaniku (T_1/2). Wynika to z sorbowania się cezu na minerałach ilastych gleby oraz z przedostawania się cezu poza obszar zasilania korzeni dzięki orce. Według raportu Państwowej Agencji Atomistyki z 1991 roku szacuje się że np. w 1990 roku łączne średnie roczne spożycie izotopów cezu z produktami rolniczymi wynosiło 1000 Bq dla ¹³⁷Cs i 150 Bq dla ¹³⁴Cs, co prowadzi do zaniedbywalnie małej dawki skutecznej (mniejszej od 0,02 mSv). Większe dawki od przeciętnych otrzymuje się przy zjadaniu grzybów. Wraz ze zjadanym grzybem (jagodami, dziczyzną itp. ) do naszego organizmu przedostaje się promieniotwórczy cez. Gromadzi się w ciele we wszystkich tkankach miękkich, po czym jest powoli wydalany z organizmu. Po około 100 dniach pozostaje w nas już tylko około połowa ze zjedzonych atomów promieniotwórczego cezu. Zjedzenie w ciągu roku osiemdziesięciu tysięcy bekereli ¹³⁷Cs daje dawkę skuteczną równą 1 mSv. Uwzględniając również obecny w 1991 roku ¹³⁴Cs dawkę 1 mSv można było otrzymać zjadając 0.4 kg suszu (ok. 4 kg świeżych) najbardziej skażonych Polskich grzybów. Jeśli pragniemy porównać skażenia kraju z obserwowanymi na świecie to największe skażenia obserwowane w Polsce stanowią tylko jeden procent maksymalnych skażeń, jakie wystąpiły w grzybach na Białorusi (stanowczo należy unikać importu grzybów z Białorusi) i około jedną szóstą największych skażeń obserwowanych w Szwecji.

Dawkę 1 mSv otrzymuje się po zjedzeniu około stu kilogramów średnio skażonej Polskiej dziczyzny, lub jeszcze większej ilości najbardziej skażonych jagód.

Ostrożne, lekko pesymizujące oceny oparte na dawkach średnich i zakładające największe sensowne współczynniki ryzyka oraz model proporcjonalności ryzyka od dawki przewidują maksymalnie 6600 zachorowań nowotworowych w Polsce spowodowanych katastrofą czarnobylską w ciągu najbliższych 50 lat. Niestety, nie jest znana wielkość konsumpcji grzybów w Polsce z rozróżnieniem gatunkowym i regionalnym, stąd nie wiadomo o ile ta liczba może być jeszcze zwiększona przez dawkę wynikającą ze spożycia cezu z grzybów. Wydaje się jednak, że niewiele. Podana liczba zachorowań oznacza wzrost średniej zachorowalności nowotworowej nie przekraczający 0.2% w skali roku, co wydaje się wykluczać możliwość zauważenia efektu katastrofy na tle ogólnej liczby około 100 000 zachorowań na nowotwory rocznie w Polsce. Jako najpoważniejszy skutek zdrowotny katastrofy czarnobylskiej dla populacji polskiej niektórzy wymieniają wzrost liczby sztucznych poronień wywołany lękiem przed możliwością urodzenia dziecka z uszkodzeniami genetycznymi. Innym wymienianym skutkiem katastrofy są efekty uboczne podania jodku potasu, które wystąpiły u ok. 1 miliona osób.

Oddzielną kwestią, nie rozpatrywaną tu, są społeczne, psychologiczne i ekonomiczne konsekwencje katastrofy.

Autorem artykułu jest Jerzy Wojciech Mietelski

(Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego

31-342 Kraków, ul. Radzikowskiego 152)

Literatura uzupełniająca

1) United Nations Scientific Committe on the Effects of Atomic Radiation: Ionizing Radiation Sources and Biological Effects; 1992 Raport to the General Assembly with annexes, UN. Pub., New York 1992

2) International Nuclear Safety Advisory Group: Summary Report on the Post-Chernobyl Review Meeting on the Chernobyl Accident; Safety Series Report No 75-INSAG-1, IAEA, Vienna 1986

3) IAEA: The International Chernobyl Project – Surface Contamination Maps; IAEA Press, Vienna 1991

4) Zespół Prezesa PAA d/s EJ Żarnowiec: Raport w sprawie następstw katastrofy w Czarnobylu (wraz z załącznikami), Warszawa, 1991

5) R.Strzelecki, St. Wołkowicz, J.Szewczyk, P.Lewandowski: Mapa stężeń cezu w Polsce, w Mapy rodioekologiczne Polski cz. I, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa 1993.

6) Polskie Towarzystwo Badań Radiacyjnych: “Czarnobyl – 10 lat później; skutki zdrowotne, skażenia środowiska i żywności”, Materiały XVI Szkoły Jesiennej PTBR w Zakopanem, 14-18.X.1996, Warszawa 1996.