بحث عن التلوث الإشعاعي

التلوث الإشعاعي

يحدث التلوث الإشعاعي عند انطلاق أو تسرب المواد المشعة ( صلبة أو سائلة أو غازية ) من الأوعية التي تحتويها من خلال ثقوب أو شروخ بها أو نتيجة لانفجارها .

تندمج المواد المشعة بعد تسربها في عناصر البيئة المختلفة مثل الماء والتربة والهواء لتنتقل بعد ذلك إلى الإنسان.

وتلوث الماء يمكن أن ينتقل مباشرة إلى الإنسان بالتسرب أومن خلال تناول الحيوانات و الأسماك و النباتات البحرية التي تعتبر ذات قدرة علي تركيز المواد المشعة في أجسامها .
أما تلوث التربة فينتقل إلى النباتات ومنها إلى الإنسان مباشرة أو عند تناول الحيوانات التي تتغذى علي تلك النباتات الملوثة و بالرغم من ذلك فإن تسرب المواد المشعة إلى التربة هو أقل عمليات التلوث خطورة بسبب كونه موضعيا لأن الزمن اللازم لكي تتحرك المواد المشعة عبر طبقات التربة إلى أن تصل للمياه الجوفية يكون طويلا .
و هذا التلوث أسهل في الكشف والتحديد و في التعامل معه وعلاجه .


http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclear/images/home3.gif

http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclea...es/page14a.gif

وعند تلوث الهواء يؤدي ذلك إلىانتشار عام للتلوث في مناطق شاسعة إذا لعبت الرياح دورها في تحريك السحابة المشعة ( كما حدث في حادث شير نوبل ) . و قد ينتهي

التلوث الهوائي بتساقط الغبار المشع علي مناطق مختلفة مما يؤدي إلى تلوث الأرض و الماء.
وهذا التلوث لا يحدث إلا في الحوادثالرئيسية الذي يدمر فيها قلب المفاعل .

ويحدث أيضا تلوث الهواء عند زيادة تركيز غاز الرادون به .
وغاز الرادون غاز خامل عديم اللون والرائحة و له نشاط إشعاعي ولذلك يتحلل بانبعاث جسيمات ألفا المشحونة إلى نواتج صلبه تسمي ببنات الرادون Rn - daughters .


http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclea...es/radpol1.jpg

وعندما يستنشق الإنسان هذا الغاز تلتصق جسيمات ألفا المؤينة بالغشاء المبطن للشعب الهوائية بالرئة و تستقر كذلك بنات الرادون ( s218Po , s214Bi , s214Pb ) السامة بها .

ومن الجدير بالذكر بأن هذه النظائر جميعها باعث لإشعاعات جاما مما يسبب خطر الإصابة بالأمراض الصدرية مثل سرطان الرئة وقد فسر بعض العلماء ظاهرة " لعنة الفراعنة " بأنها تحدث نتيجة لتعرض الأشخاص الذين يفتحون المقابر الفرعونية لجرعة مكثفة من غاز الرادون المشع . ومن المعروف أن الرادون يتسرب إلى الهواء الجويوالمياه الجوفية و يصل إلى المنازل من خلال شقوق في أساساتها .
ويحدث أيضا تلوث الهواء عند زيادة تركيز غاز الرادون به . وغاز الرادون غاز خامل , عديم اللون و الرائحة و له نشاط إشعاعي ولذلك يتحلل بانبعاث جسيمات ألفا المشحونة إلى نواتج صلبه تسمي ببنات الرادون Rn - daughters .

http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclear/images/page3.jpg

وعندما يستنشق الإنسان هذا الغاز تلتصق جسيمات ألفا المؤينة بالغشاء المبطن للشعب الهوائية بالرئة و تستقر كذلك بنات الرادون ( s218Po , s214Bi , s214Pb )السامة بها .

ومن الجدير بالذكر بأن هذه النظائر جميعها باعث لإشعاعات جاما مما يسبب خطر الإصابة بالأمراض الصدرية مثل سرطان الرئة وقد فسر بعض العلماء ظاهرة " لعنة الفراعنة " بأنها تحدث نتيجة لتعرض الأشخاص الذين يفتحون المقابر الفرعونية لجرعة مكثفة من غاز الرادون المشع .
و من المعروف أن الرادون يتسرب إلى الهواء الجوي والمياه الجوفية و يصل إلى المنازل من خلال شقوق في أساساتها

http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclea...s/radonhom.jpg

لذلك يحذر علي ساكني الأدوار السفلي في المناطق الصخرية أحكام إغلاق النوافذ في الشتاء للحفاظ علي الهواء الدافئ داخل البيت و عدم التهوية المنتظمة .

ذلك لأن الهواء المحبوس قد يكون حاملا للرادون المشع وبناته في ( Rn- daughters) سلسلة التحولات المشعة التي تنتهي بالرصاص .

وقد حددت و كالة حماية البيئة الأمريكيةUnited States Environmental Protection Agency (EPA) s حدود التركيز الآمن لغاز الرادون في الهواء بما لا يزيد عن 1.25 بيكوكورى / لتر أي 1.25 × 10 –12 كوري/لتر .
وقد اهتمت هيئة الطاقة الذرية بمصر بإقامة شبكة الرصد الإشعاعي و التي تتكون من 84 محطة تشمل 15 محطة لرصد الغازات و 14 لرصد جسيمات بتا و55 لرصد إشعاعات جاما

http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclear/images/page13.gif

وهي منتشرة علي الحدود الشرقية و الشمالية والجنوبية من البلاد ومن أهم أهدافها ملاحظة أي تغير في الخلفية الإشعاعية وتسجيل أي نشاط نووي غير عادي لإيجاد قاعدة بيانات Data base و ذلك لتوفير الأمن القومي الذى يعتبر مقياسا جديدا لتقدم الشعوب .

مقدمة :

يتعرض الإنسان خلال حياته إلى الأشعة المؤينة من مصادر طبيعية Natural Sources و مصادر من صنع الإنسان man-made sources عن طريق التعرض الخارجي والداخلي . يعتبر التعرض خارجي عندما يتعرض الجسم للأشعة المؤينة المنبعثة من مصدر خارج الجسم ويتم امتصاص الطاقة الإشعاعية في الجسم من الخارج إلى الداخل .

أما التعرض الداخلي فيحدث عندما تصل المادة المشعة إلى داخل الجسم عن طريق البلع أو الاستنشاق أو من خلال الجلد . وفي هذه الحالة تتعرض أنسجة الجسم ويتم امتصاص الطاقة الإشعاعية المنبعثة من المادة المشعة داخل الجسم في كافة الاتجاهات و تقدر الآثار المترتبة علي هذا التعرض بحساب الجرعة الإشعاعية الممتصة في الجسم من مجموع جرعة التعرض الخارجي والداخلي.

http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclear/images/lungs1.jpg

جرعة الامتصاص الإشعاعية :

تعريف جرعة الامتصاص بأنها الطاقة المترسبة في أي وسط من جميع أنواع الأشعة المؤينة
ووحدتها الراد (Rad) أو الجراى GY

1GY= 1J/KG =100 RAD

مكافئ الجرعة :

تعتبر وحدة الراد Rad مناسبة فقط لإجراء مقارنة بين تأثيرات نفس النوع من الأشعة.
غير أنها تصبح غير ملائمة عند مقارنة أنواع مختلفة من الأشعة ذلك لأن الأنواع المختلفة من الإشعاع تسبب أضرار متباينة للأنسجة البشرية وعلي سبيل المثال فإن (5 Rad) من النيوترونات السريعة تحدث تلف بيولوجي مماثل لما تحدث من جرعة مساوية ( Rad100 ) من أشعة جاما.
قد وضع العلماء جدول يوضح الفعالية البيولوجية النسبيةRelative Biological ) RBE Effectiveness ) للإشعاعات المختلفة والذي يعرف أيضاً بمعامل الجودة ( Quality Factor QF)


http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclear/images/head2.gif



RBE / QF
نوع الأشعة
1
أشعة اكس وأشعة جاما والإلكترونات
20
النيوترونات والبروتونات
2
النيوترونات البطيئة
10- 20
جسيمات ألفا

وبذلك يعرف مكافئ الجرعة و وحدته ريم (rem ) أو سيفرت ( Sv ) كالآتي :
مكافئ الجرعة ( rem ) = جرعة الامتصاص ( Rad ) × معامل الجودة
مكافئ الجرعة ( Sv ) = جرعة الامتصاص ( Gy )× معامل الجودة

1SV =100 RAD أي أنا

وقد حددت اللجنة الدولية للوقاية من الإشعاعICRP International Commission for Radiation protection مستوى التعرض الآمن للإشعاع المؤين وذلك لكل من أفراد الجمهور والعاملين المهنيين بالقيمmsv/year and 1msv/year s 10 علي التوالي

و قد أصبح موضوع التعرض الإشعاعيللإنسان يحتل مكانة هامة نتيجة انتشار استخدامات التقنيات النووية و كثرة التطبيقات و تسرب المواد المشعة المختلفة إلى البيئة من جراء الاستخدامات المختلفة للمواد المشعة . وهذا يتطلب معرفة سلوكيات تلك المواد المشعة وقدراتها داخل المكونات المختلفة للبيئة من تربة و مياه و هواء .يبين الجدول الجرعات السنوية المتوسطة من المصادر الإشعاعية الطبيعية في البلاد الأوروبية.


http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclea...s/raddoses.gif


سلوكيات المواد المشعة في البيئة :

تتوقف سلوكيات المواد المشعة في البيئة على:
الخصائص الكيميائية والفيزيائية للعنصر المشع
الكمية الموجودة
خصائص مكونات البيئة
المسارات الحرجة للمادة المشعة في مكون البيئة و قدرة كل مكون علي تركيز أو تخفيف المادة المشعة .

تعرض الإنسان للإشعاع:

عند دخول المواد المشعة داخل الجسم عن أي طريق يتم امتصاصها و دخولها في العمليات البيوكيميائية الأساسية ووصولهذه النويدات إلى الدورة الدموية و سوائل الجسم ويتم توزيعها إلى جميع أنسجة الجسم طبقا للصفات و الخصائص الكيميائية للعناصر والمركبات التي تكون هذه المواد المشعة .
و تتحكم في الآثار الناجمة عن التعرض الإشعاعي الداخلي عوامل كثيرة من أهمها بطئ تطور و ظهور الأثر و عدم تجانس امتصاص الجرعة الإشعاعية في الأنسجة إلى جانب الفترة الزمنية اللازمة للتحلل الإشعاعي للمادة المشعة لتعطي جرعة متراكمة علي مدى الوقت و كذلك درجة السمية الكيمائية للمادة المشعة ذاتها .

ومن أهم العوامل المتحكمة في أثر التعرض الإشعاعي ما يلي :

أ- الخواص الفيزيائية للمادة المشعة وتتضمن عمر النصف
نوع و طاقة الأشعة المنبعثة
الانتقال الخطى للطاقة
الطاقة الممتصة من النسيج الحاوي للمصدر إلى النسيج المستقبل للأشعة .

ب- العوامل البيولوجية للمادة المشعة و انتقال المادة داخل الجسم من عضو إلى أخر ، إلى جانب استبقاء المادة المشعة في نسيج معين
والفترة الزمنية لتواجد المادة المشعة داخل الجسم ثم طرق خروج المادة المشعة من الجسم و كذلك عمر النصف البيولوجي إلى جانب عوامل أخرى مثل السن والجنس و الأمراض المختلفة.

و يتوقف انتقال المادة المشعة على الدورة الدموية و سوائل الجسم وكذلك الجهاز التنفسي والجهاز الهضمي والتي تحدد آلياتوميكانيكية انتقال المادة المشعة من نسيج إلى أخر .
ومن الأثار الصحية للتعرض الإشعاعي هي التحول السرطاني لبعض الأنسجة التي تتواجد فيها المواد المشعة لفترات طويلة نسبيا ويمر التأثير الإشعاعي بمرحلتين أساسيتين هما :

1- المرحلة الفيزيوكيمائية:
وهذه المرحلة في تطور الإصابة الإشعاعية تخص امتصاص الطاقة الإشعاعية داخل روابط الجزئيات الكيميائية في الخلايا وينتج عن ذلك حدوث توتر أو تأين لهذه الروابط الفيزيوكيمائية في الجزئيات الموجودة في الحيز البيولوجي الذي تعرض والذي حدثت فيه عمليات امتصاص للطاقة .
وينتج عن ذلك حدوث تغيرات في أداء وظيفة الجزئيات الكيمائية التي حدث توتر وتأين لروابطها وتسمي تغيرات في الجزئيات .

وتعتبر هذه المرحلة الأساس الذي سوف يترتب عليه تطور وظهور و نوعية الإصابة الناتجة من التعرض الإشعاعي . وهذه المرحلة مهمة فيما يخص حدوث عمليات إصلاح في الجزئيات الكيمائية التي تأثرت بالتعرض الإشعاعي وامتصاص الطاقة الإشعاعية وكذلك تطور الإصابة الإشعاعية ومداها والذي يحدد مقدار وحجم الأثر المتبقي بعد الإصلاح الذي يتم في الجزئيات .

يوضح الجدول تأثير الإشعاعات المؤينة وغير المؤينة على الجزيئات

http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclear/images/radm.gif

2- مرحلة التأثير البيولوجي علي الخلايا و الأنسجة :
التغيرات الكيمائية التي تحدث للجزيئات تشكل الأساس الذي يترتب عليه تطور و ظهور الآثار الإشعاعية
فيالخلايا و الأنسجة وأهمها تحول الجزيئات لإنتاج شق حر free radicals الذي يتميز بنشاط كيميائي كبير مما يؤثر على تركيب الخلايا وبالتالي على وظائفها.
ويتوقف حجم ونوعيه وشدة هذه الآثار علي عوامل كثيرة تخص النظام البيولوجي المتعرض للإشعاع و تخص أيضا النظام الفيزيائي للأشعة الساقطةبكل جوانبه .
وجميع مراحل تطور الإصابة مرتبط بعوامل كيمائية فسيولوجية ووظيفية ومناعية كثيرة ومرتبطة بالأجهزة الكلية المسيطرة علي كافة النظم البيولوجية في الجسم .
وعلي رأس العوامل المسيطرة علي تطوير الإصابة الإشعاعية
وظهورها هو مقدار الجرعة الإشعاعية الذي تعرض لها الجسم وحجم الحيز المتعرض من الجسم .
وقد توصل بعض العلماء حديثاً إلى تركيب كيميائي لدواء يسمى بمضاد الإشعاع ( Anti-radiation )
من أهم خواصه تقوية الجهاز المناعي للجسم المصاب بالإشعاع .

الأساسيات :

هناك ثلاث مفاهيم أساسية لحماية الإنسان من الإشعاعات المؤينة ionizing radiation الذى يتعرض لها .

أولاً : الزمن time
مقدار التعرض الإشعاعى radiation exposure للشخص يزداد بزيادة زمن التعرض exposure time
للمصدر الإشعاعى ، الذى عادةً ما يكون خارج جسم الإنسان مثل أشعة اكس واشعة جاما x and gamma rays .
أما عندما تدخل المادة المشعة الجسم فإنه يتعين الانتظار حتى تتحلل أو يتخلص الجسم منها . وفى هذه الحالة فإن زمن التعرض الإشعاعى يعتمد على عمر النصف البيولوجى Bio logical half-life

http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclea...es/tdsprot.jpg

ويعرف بأنه الزمن الذى يأخذه الجسم للتخلص من نصف عدد النوويات المشعة التى كانت موجودة فى الأصل .
وتكون هذه النوويات المشعة إما باعثة لجسيمات بيتا beta emitters أو جسيمات ألفا alpha emitters .

ثانياً : المسافة distance
يقل مقدار التعريض الإشعاعي بزيادة المسافة بين الشخص والمصدر المشع. وتحديد المسافة الآمنة يعتمد على مقدار طاقة الإشعاع radiation energy ، ومقدار النشاط الإشعاعي للمصدر source activity ومفهوم المسافة له أهمية كبيرة
عند التعامل مع إشعاعات جاما لأنها قادرة على اختراق مسافات طويلة وذلك كلما زادت طاقتها.
لذلك فمن المعروف أنه عند مضاعفة المسافة عن المصدر المشع يقل التأثير الإشعاعي إلى الربع.


http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclear/images/dist2.jpg


ثالثاً : الدرع الواقى protective shield

يقل التعرض الإشعاعي بزيادة سمك الدرع الواقى protective shield حول الشخص ويتم تحديد سمك الدرع تبعاً لنوع وطاقة الإشعاعات .

وعلى سبيل المثال تحتاج إشعاعات α لامتصاصها سمك رفيع من مادة خفيفة مثل الورق . وتكمن خطورة هذه الإشعاعات فقط عندما تدخل خلايا الجسم عن طريق الاستنشاق inhalation أو البلع ingestion لقدرتها الكبيرة على التأين .

http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclear/images/protsh.jpg


أما إشعاعات بيتا β فإنها تمتص بواسطة الملابس السميكة ولكنها يمكنها اختراق الجلد وإحداث حروق به عند تعرضه لهذه الإشعاعات .
وتحتاج أشعة جاما γ إلى مادة ذات كثافة عالية مثل الرصاص lead لامتصاصها ويزداد سمك الرصاص المستخدم كلما زادت طاقة الأشعة .

http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclear/images/lung.gif


أهم الإجراءات الأمنية للتعامل مع المواد المشعة ذات المستوى المنخفض فى المعامل هي :

ألا يسمح بما يلى :

تناول الأطعمة والمشروبات واستخدام مساحيق التجميل
استخدام سحاحات الفم
التعامل مع السوائل المشعة بدون استخدام القفازات والبلاطى المعملية
الخروج من المعمل بدون غسل الأيدي والتأكد من خلوها من الإشعاع باستخدام جهاز survey meter
وجود الجروح بدون التنبيه والإخبار بها للمدرس المسئول

ولابد من أتباع ما يلى :

خفض زمن التعرض للمواد المشعة بقدر الإمكان .
تخزين المواد المشعة فى دروع واقية ومساحات محددة وموضحة بعلامة الإشعاع .

كاشفات الإشعاعات النووية :

يعتمد الكشف عن الإشعاعات النووية على مقدار ما تحدثه هذه الإشعاعات من تغير فى الوسط التى تمر به .
وإذا كانت هذه الإشعاعات تتكون من جسيمات مشحونة ( بروتونات أو جسيمات ألفا ) أو أشعة جاما فإنها تحدث إما تأين Ionization أو إثارة Excitation لذرات أو جزيئات الوسط .

وإذا كانت الجسيمات متعادلة ( النيوترونات ) فلا يحدث تأين أو إثارة بل يمكن الكشف عنها عن طريق غير مباشر
حيث أن تصادم النيوترونات مثلاً مع ذرات الوسط يحدث تفاعل نووى .
ويكون نتيجة هذا التفاعل خروج جسيمات مشحونة تؤدى بدورها إلى تأين أو إثارة لذرات الوسط .

ومن أمثلة هذه الكاشفات عداد جيجر Geiger Counter وحجرة التأين Ionization Chamber
ويتم الكشف فيها عن طريق تأين الغاز الموجود داخل الكاشف عقب مرور الأشعة .


http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclear/images/fh.jpg


وبذلك تتحرك هذه الأيونات تحت تأثير فرق الجهد الموجود ويمر التيار فى المقاومة ليعطى فرق جهد يتناسب مع طاقة الأشعة المؤينة .

أما النوع الثانى من الكاشفات فيسمى العداد الوميضى Scintillation Counter ويعتمد على تكون ومضة ضوئية نتيجة سقوط الإشعاعات النووية على الكاشف .


http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclear/images/img1.jpg


ويمكن الكشف وتكبير هذه الومضات الضوئية باستخدام صمام التضاعف الكهروضوئىPhotoelectronmultiplier
حيث يتم تحويل الومضة الضوئية إلى عدد من الإلكترونات باستخدام عدد من الأقطاب الموجبة dynodes لتصل فى النهاية إلى المصعد anode
ثم تصل الشحنة النهائية إلى مكثف فتولد فيه فرق جهد عبارة عن نبضة كهربية Voltage Signal يتناسب ارتفاعها مع طاقة الإشعاع الساقط على الكاشف .


http://www.smsec.com/ar/encyc/nuclear/images/img2.jpg


وهناك نوع ثالث من الكاشفات يستبدل فيه الغاز فى حجرة التأين بمادة صلبة شبه موصلة Semi-conductor
حيث تتأثر هذه المادة بالإشعاع فتثار الإلكترونات إلى مستويات طاقة مرتفعة
وتترك مكانها فجوات Electron-hole pair Formation
مما يؤدى إلى مرور تيار فى شبه الموصل يعتمد مقداره على طاقة الإشعاع .