Wykład popularnonaukowy

Czy radon w naszych domach stanowi zagrożenie?

Józefina Turło
Pracownia Dydaktyki Fizyki, Instytut Fizyki,
Uniwersytet Mikołaja Kopernika, ul. Grudziądzka 5, 87-100 Toruń
E-mail: jturlo@phys.uni.torun.pl

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:


Stężenie radonu w badanych pomieszczeniach mieszkalnych uczniów wahało się od 6 do 689 Bq/m3, a średnie stężenie wynosiło ok. 70 Bq/m3, natomiast w przynależnych do tych pomieszczeń piwnicach było średnio o 20 Bq/m3 wyższe. W 3 przypadkach (na terenie Polski południowej) zarejestrowano stężenia dochodzące aż do ok. 2 000 Bq/m3! Naszym zdaniem wszystkie pomiary, w których stwierdzono koncentracje wyższą od 200 Bq/m3 (ok. 8%) powinny zostać powtórzone, ponieważ od stycznia 1998 r. obowiązują nowe przepisy, na mocy których nie powinno się oddawać do użytku pomieszczeń mieszkalnych o efektywnym stężeniu równowagi radonu wyższym niż 200 Bq/m3 (patrz tabela).

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.