ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ
ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΡΑΔΟΝΙΟΥ ΣΕ ΣΧΟΛΕΙΑ
ΤΗΣ ΛΕΣΒΟΥ
Εισηγητής: Γεωργίου Δημήτρης
Υπεύθυνος Καθηγητής: Χαλβαδάκης Κ.Π.
Μυτιλήνη, Αύγουστος 2004
Περιεχόμενα
Κεφάλαιο 1 – Γενικά
1.1 Ραδιενέργεια 1 1.2 Ιστορικά 1 1.3 Τύποι ακτινοβολίας 1
1.3.1 Διάσπαση α (άλφα) 2 1.3.2 Διάσπαση β (βήτα) 2 1.3.3 Διάσπαση γ (γάμα) 3
1.4 Χρόνος ημιζωής 3 1.5 Μονάδες μέτρησης 4 Κεφάλαιο 2 – Ραδόνιο
2.1 Εισαγωγή 6 2.2 Φυσικοχημικές ιδιότητες του ραδονίου 6
2.3 Η σημασία των θυγατρικών του 7
2.4 Ορισμός WL – WLM 8
2.5 Ενέργεια και αμβέλεια των σωματιδίων α 8
2.6 Τρόποι εισόδου στα σπίτια 9 Κεφάλαιο 3 – Επιδράσεις στην Υγεία
3.1 Εισαγωγή 11 3.2 Δοσιμετρία 11 3.3 Επιδημιολογικά στοιχεία 14
3.4 Τα καινούργια δεδομένα 15 3.5 Ραδόνιο και κάπνισμα 17 3.6 Έκθεση στο σπίτι 17 Κεφάλαιο 4 – Κανονισμοί και Νομοθεσία
4.1 Ιστορικά 19 4.2 Οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής 22
4.3 Η Ελλάδα 22 4.4 Εφαρμογή της Νομοθεσίας στα Κράτη – Μέλη της Ε.Ε. 23
Κεφάλαιο 5 – Μεθοδολογία
5.1 Υπάρχουσες μέθοδοι 25 5.2 Παθητικοί ανιχνευτές 25
5.2.4 Thermoluminescent detectors 27
5.2.5 Solid State Electronic Detectors 27
5.2.6 Ηλεκτρόμετρα και θάλαμοι ιόντων 27
5.3 Ενεργητικοί ανιχνευτές 27 5.4 Βραχυπρόθεσμες και Μακροπρόθεσμες μετρήσεις 27
5.5 Επιλογή μεθόδου 28
5.6 Μετρητές 28 5.6.1 Τύπου φακέλου ή γυμνού ανιχνευτή 29
5.6.2 Διάχυσης 30 5.6.3 Διείσδυσης 30 5.6.4 Συλλογής 30 5.7 Επιλογή μετρητή 30
5.8 Λειτουργία των SSNTD 31
5.8.1 Δημιουργία ίχνους 31 5.8.2 Είδη πλαστικών 32
5.9 Alpha Guard 33
5.10 Προσδιορισμός συνθηκών etching 35
5.10.1 Πείραμα στα Κεντρικά Λύκεια 35 5.11 Περιγραφή της διαδικασίας του etching 36
5.12 Περιγραφή της διαδικασίας μέτρησης 36
5.13 Προσδιορισμός σφάλματος 38
5.14 Βαθμονόμηση των SSNTD 38
5.14.1 Υπολογισμός συντελεστή μετατροπής 39 Κεφάλαιο 6 – Μετρήσεις, Αποτελέσματα και Σχολιασμός
6.1 Εισαγωγή 41 6.2 Επιλογή σχολείων 41
6.3 Τοποθέτηση μετρητών 43 6.4 Περιγραφή των σχολείων 43
6.5 Αποτελέσματα 44 6.5.1 Τα σχολεία της Μυτιλήνης 47
6.6 Σύγκριση με τις περιοχές του χάρτη 47 6.7 Συμπληρωματικές μετρήσεις 48
6.7.1 Η περίπτωση της Κάπης 48 6.7.2 Η περίπτωση της Συκαμινέας 48
6.8 Υπολογισμός δόσης 50 6.9 Εκτίμηση επικινδυνότητας 51
6.10 Προτάσεις 52 6.10.1 Αερισμός χώρων 52
6.10.2 Αερισμός υπογείων 53 Βιβλιογραφία I-V
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ΓΕΝΙΚΑ
1.1 Ραδιενέργεια
Ραδιενέργεια είναι η αυθόρμητη εκπομπή υποατομικών σωματιδίων και ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας υψηλής συχνότητας από ένα ραδιενεργό στοιχείο.
1.2 Ιστορικά
Η βιβλιογραφία που αναφέρεται γενικά στην ραδιενέργεια είναι ιδιαίτερα εκτενής. Για την συγγραφή αυτού του κεφαλαίου, χρησιμοποιήθηκαν τα βιβλία «Σύγχρονη Φυσική», των Ser- way et al. του 2000, «Εμείς και η Ραδιενέργεια», των Βεργανελάκη et al. του 1989 και το «Low – Level Environmental Radioactivity, Sources and Evaluation», των Tykva and Sabol του 1995.
Ο όρος ραδιενέργεια πρωτοχρησιμοποιήθηκε από τη Πολωνικής καταγωγής Marie Curie (1867 – 1934), η οποία σε συνεργασία με τον άντρα της Pierre Curie (1859 – 1906) ανακάλυψε δύο βασικές ραδιενεργές πηγές, το ράδιο και το πολώνιο. Λίγα μόλις χρόνια νωρίτερα, τον Φε- βρουάριο του 1896, ο Henri Becquerel (1852 – 1908) είχε ανακοινώσει την διαπίστωση ότι οι κρύσταλλοι αλάτων ουρανίου εκπέμπουν μία αόρατη ακτινοβολία η οποία μπορεί να θολώσει μία φωτογραφική πλάκα ακόμα και εάν αυτή είναι καλυμμένη ώστε να μην δέχεται φως. Η α- νακάλυψη αυτή ταυτίζεται με την ανακάλυψη της ραδιενέργειας.
Ο Ernest Rutherford (1871 - 1937) ανακάλυψε το 1898 ότι υπάρχουν τουλάχιστον δύο συστα- τικά που απαρτίζουν την εκπεμπόμενη ακτινοβολία ενώ το 1899 κατάφερε να ξεχωρίσει τα σωματίδια α και β. Τον επόμενο χρόνο, ο Paul Villard (1860 - 1934) ανακάλυψε και περιέγρα- ψε την ακτινοβολία γ που εκπέμπεται από το ράδιο.
Το 1919 έγινε η πρώτη τεχνητή μεταστοιχείωση από τον Rutherford, ο οποίος κατάφερε να πα- ράξει σταθερό 17Ο και 1Η με τον βομβαρδισμό σταθερού αζώτου 14Ν με σωματίδια α.
Στην δεκαετία του ’30 έγιναν πολλές σημαντικές ανακαλύψεις στον τομέα αυτό της φυσικής.
Το 1932, ο James Chadwick (1891 - 1974) ανακάλυψε το νετρόνιο, ενώ την ίδια χρονιά ο Carl David Anderson (1905 - 1991) βρήκε το ποζιτρόνιο. Ένα χρόνο αργότερα ανακαλύφθηκε το δευτέριο (2Η) από τον Harold C. Urey (1893 - 1981). Επίσης κατά την διάρκεια της δεκαετίας κατασκευάστηκαν οι πρώτοι επιταχυντές φορτισμένων σωματιδίων σε διάφορα εργαστήρια.
Την ίδια περίοδο και συγκεκριμένα το 1934, γίνεται η ανακάλυψη της τεχνητής ραδιενέργειας από τους Frederic Joliot (1900 - 1958) και Irene Curie* (1897 - 1956). Κατάφεραν να παράξουν ραδιενεργό άζωτο (13Ν) και θείο (30S) με τον βομβαρδισμό βόριου (Β) και αργιλίου (Al) αντί- στοιχα, με σωματίδια α από πολώνιο.
Η ανακάλυψη της τεχνητής ραδιενέργειας οδήγησε στην παραγωγή και αναγνώριση εκατοντά- δων νέων ραδιονουκλιδίων, αφού επιστήμονες από όλων τον κόσμο, με την χρήση επιταχυντών Cockcroft – Walton, Van de Graff και κύκλοτρων, βομβάρδισαν κυριολεκτικά όλα τα γνωστά στοιχεία με επιταχυμένα πρωτόνια, δευτερόνια και σωματίδια α. Μέχρι σήμερα είναι γνωστά περίπου 2.600 νουκλεϊδια. Η χρήση μάλιστα των επιταχυντών οδήγησε στην συμπλήρωση του περιοδικού πίνακα με τα στοιχεία που έλειπαν και στην παραγωγή αρκετών καινούργιων βαρύ- τερων από το ουράνιο, με πολύ μικρές περιόδους ημιζωής.
* Ο F. Joliot και η I. Curie ήταν βοηθοί της Marie Curie ενώ η Irene ήταν και κόρη της.
1.3 Τύποι Ακτινοβολίας
Υπάρχουν τρεις τύποι ακτινοβολίας που μπορεί να εκπέμπεται από μία ραδιενεργό ουσία, οι οποίοι αντιστοιχούν σε τρία είδη διασπάσεων: διάσπαση άλφα (α), κατά την οποία εκπέμπονται πυρήνες 4He, διάσπαση βήτα (β), όπου τα εκπεμπόμενα σωματίδια είναι είτε ηλεκτρόνια είτε ποζιτρόνια και διάσπαση γάμα (γ), κατά την οποία οι εκπεμπόμενες «ακτίνες» είναι υψηλής ενέργειας φωτόνια. Το ποζιτρόνιο είναι ένα σωματίδιο όμοιο με το ηλεκτρόνιο από όλες τις απόψεις, εκτός του ότι έχει φορτίο +e. Ονομάζεται και «αντισωματίδιο» του ηλεκτρονίου. Το σύμβολο β- χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει ένα ηλεκτρόνιο, ενώ το β+ προσδιορίζει το ποζιτρόνιο.
Οι τρεις τύποι ακτινοβολίας παρουσιάζουν μεγάλες διαφορές ως προς την ικανότητά τους να διεισδύσουν στην ύλη. Τα σωματίδια α μόλις που διαπερνούν ένα φύλλο χαρτί, τα σωματίδια β μπορούν να διαπεράσουν λίγα χιλιοστόμετρα αλουμινίου και οι ακτίνες γ μπορούν να διαπερά- σουν μερικά εκατοστόμετρα μολύβδου.
1.3.1 Διάσπαση α (άλφα)
Όσο αυξάνει ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα, τόσο αυξάνουν και οι ηλεκτρικές δυνά- μεις άπωσης μεταξύ τους. Από ένα σημείο και πέρα συμφέρει ενεργειακά τον πυρήνα να σπά- σει σε δύο ή περισσότερα κομμάτια. Ο πιο εύκολος τρόπος διάσπασης είναι να αποκολληθεί από τον πυρήνα, ένα σωματίδιο α. Το σωματίδιο α αποτελείται από δύο πρωτόνια και δύο νε- τρόνια. Είναι δηλαδή ένας πυρήνας του στοιχείου 24He.
Η διάσπαση μπορεί να γραφτεί συμβολικά ως εξής:
Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την διάσπαση α, μπορεί να υπολογιστεί με την χρήση της εξίσωσης του Einstein: Ε = mc2. Εάν ονομάσουμε Μχ τη μάζα του αρχικού πυρήνα, Μγ τη μάζα του θυγατρικού πυρήνα και Μα τη μάζα του σωματιδίου α, μπορούμε να ορίσουμε την ενέργεια διάσπασης Q:
Q = (Mχ – Mγ – Mα) c2
Η ενέργεια διάσπασης Q εμφανίζεται με την μορφή κινητικής ενέργειας του θυγατρικού πυρή- να και του σωματιδίου α. Επειδή η διαφορά στις μάζες τους είναι πολύ μεγάλη, σύμφωνα με την αρχή διατήρησης της ορμής, το σωματίδιο α ανακρούεται με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα και φέρει το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, η ταχύτητά του είναι της τά- ξεως των 20.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο και αντιστοιχεί σε κινητική ενέργεια μερικών MeV (μέγα - ηλεκτρονιοβόλτ) *.
1.3.2 Διάσπαση β (βήτα)
Όταν ένας ραδιενεργός πυρήνας υφίσταται διάσπαση β, ο θυγατρικός πυρήνας έχει τον ίδιο α- ριθμό νουκλεονίων με τον μητρικό, αλλά ο αριθμός φορτίου μεταβάλλεται κατά 1. Υπάρχουν δύο διεργασίες διάσπασης β. Συμβολικά μπορούν να παρασταθούν ως εξής:
Όπου το ν είναι ένα νετρίνο και το v ένα αντινετρίνο. Το νετρίνο είναι ένα σωματίδιο η πα- ρουσία του οποίου είχε προβλεφθεί θεωρητικά από τον Pauli το 1930 και τον Fermi μερικά χρόνια αργότερα, ενώ η πειραματική επιβεβαίωση της ύπαρξής του έγινε το 1956 από τους Raines και Cowan.
Ουσιαστικά λοιπόν, η διάσπαση β προκύπτει από την μετατροπή ενός πρωτονίου σε νετρόνιο, ή το αντίθετο, με ταυτόχρονη εκπομπή ενός σωματιδίου β. Η διάσπαση β συμβαίνει όταν ένας πυρήνας δεν έχει το κανονικό ποσοστό νετρονίων, ώστε να ελαχιστοποιείται η εσωτερική του ενέργεια. Το ποσοστό αυτό είναι περίπου 50% στους μικρούς πυρήνες και ανεβαίνει μέχρι το 61% με 62% στους πολύ μεγάλους. Το βέλτιστο ποσοστό, προκύπτει εάν συνυπολογιστούν οι δύο παράγοντες που προσδιορίζουν την εσωτερική ενέργεια που έχει ένας πυρήνας: η ηλεκτρι- κή ενέργεια λόγω της άπωσης των πρωτονίων, που ευνοεί ποσοστό 100% σε νετρόνια, και η ολική κινητική ενέργεια που ευνοεί ποσοστό 50%. Ανάλογα με το ποσοστό που έχει ένας πυ- ρήνας, μπορεί να μετατρέψει ένα νετρόνιο σε πρωτόνιο ή το αντίθετο, για να αποκτήσει ελάχι- στη εσωτερική ενέργεια ώστε να είναι σταθερός.
Μία πολύ γνωστή διάσπαση β είναι αυτή του 14C προς 12C, που χρησιμοποιείται για την χρονο- λόγηση οργανικών λειψάνων, μέχρι και 25.000 ετών.
1.3.3 Διάσπαση γ (γάμα)
Πολύ συχνά, ένας πυρήνας ο οποίος υφίσταται ραδιενεργό διάσπαση παραμένει σε μία κατά- σταση ενεργειακής διέγερσης. Ο πυρήνας μπορεί τότε να υποστεί μια αποδιέγερση σε μία κα- τάσταση χαμηλότερης ενέργειας, εκπέμποντας ένα φωτόνιο. Τα φωτόνια που εκπέμπονται από μία τέτοια διεργασία αποδιέγερσης ονομάζονται ακτίνες γ (γάμα). Η ενέργειά τους είναι πολύ υψηλή (σε κλίματα από 1 MeV έως 1 GeV) συγκριτικά με την ενέργεια του ορατού φωτός (πε- ρίπου 1 eV). Ένας πυρήνας, όταν αποδιεγείρεται και εκπέμπει μία ακτίνα γ, δεν μεταβάλλεται, αλλά απλώς μεταβαίνει σε χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Μία διεργασία διάσπασης γ, μπορεί να παρασταθεί ως εξής:
Όπου το Χ* συμβολίζει έναν πυρήνα σε διεγερμένη κατάσταση.
Γενικά, ένας πυρήνας μπορεί να φτάσει σε μία διεγερμένη κατάσταση μετά από μία βίαιη σύ- γκρουση με ένα άλλο σωματίδιο. Συνήθως, όμως, βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση μετά από μία διάσπαση α ή β.
1.4 Χρόνος ημιζωής
Ο ρυθμός με τον οποίο γίνεται μια συγκεκριμένη διεργασία διάσπασης σε ένα ραδιενεργό δείγ- μα είναι ανάλογος προς τον αριθμό των ραδιενεργών πυρήνων που είναι παρόντες (δηλαδή των πυρήνων εκείνων που δεν έχουν ακόμη διασπαστεί). Αν Ν είναι ο αριθμός αυτών των πυρήνων, ο ρυθμός μεταβολής του Ν είναι:
όπου λ είναι η σταθερά διάσπασης ή σταθερά αποσύνθεσης.
Με ολοκλήρωση της πιο πάνω εξίσωσης, προκύπτει:
Ν = Ν0 e-λt
Όπου Ν0 είναι ο αριθμός των ραδιενεργών πυρήνων την χρονική στιγμή t = 0.
Εάν τεθεί όπου Ν = Ν0 /2, και t = T1/2 και η εξίσωση λυθεί ως προς το Τ1/2, προκύπτει η εξίσω- ση:
Η εξίσωση αυτή είναι η εξίσωση ημιζωής. Χρόνος ημιζωής μίας ραδιενεργούς ουσίας είναι ο χρόνος που απαιτείται για να διασπαστούν οι μισοί από ένα δεδομένο πλήθος ραδιενεργών πυ- ρήνων.
1.5 Μονάδες μέτρησης
Η μονάδα μέτρησης της ραδιενέργειας στο S.I. είναι το Becquerel (Bq). Ένα Bq αντιστοιχεί σε μία ραδιενεργό διάσπαση το δευτερόλεπτο (1 Bq = 1 διάσπαση/sec). Το Bq ήρθε να αντικατα- στήσει το Curie (Ci). Το κιουρί ορίστηκε με βάση το ράδιο, που ήταν το πρώτο ραδιενεργό στοιχείο που μελετήθηκε. Ένα Ci αντιστοιχεί σε 3,7*1010 διασπάσεις/sec. Ο αριθμός αυτός α- ντιστοιχεί στις διασπάσεις που γίνονται ανά δευτερόλεπτο σε 1 gr Ra. Επειδή σαν μονάδα είναι πολύ μεγάλη, συνήθως χρησιμοποιούνται οι υποδιαιρέσεις του, μCi και pCi. Η συγκέντρωση ενός ραδιενεργού στοιχείου στον αέρα, μετράται συνήθως σε pCi/L ή σε Bq/m3. Η σχέση που συνδέει τις δύο μονάδες είναι: 1 pCi/L = 37 Bq/m3.
Για να εκφραστεί η δόση ακτινοβολίας που απορροφάται από ζώντες βιολογικούς ιστούς, οι κύριες μονάδες είναι το gray (Gy), όπου 1 Gy ισούται με 1 J απορροφούμενης ενέργειας ακτι- νοβολίας ανά κιλό ιστού και το rad, όπου 1 rad ισούται με 100 ergs ανά γραμμάριο ιστού. Η σχέση που συνδέει τις δύο μονάδες είναι: 1 rad = 0.01 Gy. Επειδή όμως έχει σημασία ποιος τύ- πος ακτινοβολίας είναι υπεύθυνος για την δόση που απορροφά ο ιστός, έχει οριστεί ένας συ- ντελεστής που ονομάζεται Σχετική Βιολογική Επίδραση (RBE: Relative Biological Effective- ness), ο οποίος πολλαπλασιαζόμενος με το Gy ή το rad, δίνει την δόση σε Sievert (Sv) ή rem αντίστοιχα. Έτσι, 1 Sv είναι το ποσό ακτινοβολίας που περίπου ισοδυναμεί με την βιολογική
Πίνακας 1.1 : Tιμές του συντελεστή RBE για διάφορες μορφές ακτινοβολίας.
Ακτινοβολία RBE X και ακτίνες γ 1,0
Σωματίδια β 1,0 – 1,7 Σωματίδια α 10 – 20 Αργά νετρόνια 4 – 5 Γρήγορα νετρόνια και πρωτόνια 10
Βαριά ιόντα 20
Πηγή: Χαλβαδάκης, 1996
Όπως φαίνεται από τον πίνακα, η ίδια ποσότητα ακτινοβολίας, είναι κατά 10 με 20 φορές πιο επικίνδυνη εάν προέρχεται από σωματίδια α, παρά από ακτίνες γ.
Επειδή το θέμα του υπολογισμού της δόσης δεν έχει καλυφθεί πλήρως καθώς είναι αρκετά πο- λύπλοκο, αναλύεται με μεγαλύτερη λεπτομέρεια στο κεφάλαιο 3.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ΡΑΔΟΝΙΟ
2.1 Εισαγωγή
Δύο ισότοπα του ραδονίου ανακαλύφθηκαν το 1900. Το θορόνιο, από τους R. B. Owens και E.
Rutherford, το οποίο στην συνέχεια αναγνωρίστηκε ως 220Rn και το ραδόνιο, από τον F. E.
Dorn, που αναγνωρίστηκε ως το 222Rn. Παρότι το 1902 οι Rutherford και Soddy, κατάφεραν να το ρευστοποιήσουν, η εσωτερική παραγωγή ενέργειας λόγω των διασπάσεων α, δεν επιτρέπει στο ραδόνιο να παραμείνει σε υγρή κατάσταση. Έτσι, δεν πρέπει να θεωρείται ως μία ουσία, παρά ως μεμονωμένα άτομα, τα οποία διαχέονται σε κάποιο ρευστό και ακολουθούν την κίνη- σή του. Για την μελέτη του, το ραδόνιο θεωρείται αέριο. Από αυτό το γεγονός προκύπτει και η υψηλή επικινδυνότητά του για την υγεία, αφού ως αέριο, μπορεί να μετακινείται σε μεγάλες αποστάσεις γρήγορα και κυρίως να εισπνέετε. (Fleischer, 1997)
2.2 Φυσικοχημικές ιδιότητες του ραδονίου
Το ραδόνιο είναι ένα ραδιενεργό στοιχείο, άοσμο, άγευστο, αόρατο και χημικά αδρανές. Ο α- τομικός του αριθμός είναι 86 και το κατατάσσει στα ευγενή αέρια. Στην φύση βρίσκονται τρία ισότοπα του ραδονίου: το 219Rn που ονομάζεται ακτίνιο (actinon), το 220Rn που ονομάζεται θο- ρόνιο (thoron) και το 222Rn που είναι το βασικότερο και ονομάζεται ραδόνιο. Τα τρία ισότοπα διασπώνται εκπέμποντας σωματίδια α. Παράγονται από την ραδιενεργό διάσπαση του ραδίου και αποτελούν μέρος των ραδιενεργών σειρών διάσπασης του ουρανίου και του θορίου. Πιο συγκεκριμένα, το 222Rn παράγεται από την σειρά του 238U, το 220Rn από το 232Th και το 219Rn από το 235U.. Οι χρόνοι ημιζωής τους είναι αντίστοιχα 3.82 d, 55.6 s και 3.96 s. Στα σχήματα 2.1 και 2.2, παρουσιάζονται οι σειρές που δίνουν το ραδόνιο και το θορόνιο
Σχήμα 2.1: Σειρά διάσπασης του 238U – πηγή του 222Rn (ραδόνιο). (Πηγή: Fleischer, 1997)
238U
234U
234Th
230Th
226Ra
222Rn
218Po
214Pb 214Bi 214Po
206Pb
234Pa
210Po
210Bi
210Pb
Διάσπαση α (4He)
Διάσπαση β (e)
Σχήμα 2.2: Σειρά διάσπασης του 232Th – πηγή του 220Rn (θορόνιο). (Πηγή: Fleischer, 1997)
Όπως φαίνεται και από τα σχήματα, το ραδόνιο προέρχεται από ράδιο. Η ποσότητα λοιπόν του ραδονίου εξαρτάται άμεσα από την ποσότητα του ραδίου που υπάρχει στο έδαφος. Επειδή μά- λιστα, τα εδάφη που περιέχουν ράδιο, είναι συνήθως αρκετά πυκνά, η παρουσία 219Rn και
222Rn υποδηλώνει την ύπαρξη U στο έδαφος, ενώ το 220Rn την ύπαρξη Th. Υπάρχουν όμως και εξαιρέσεις, όπου το Ra έχει μετακινηθεί από το αρχικό πέτρωμα, οπότε η παρουσία του ραδο- νίου δεν οδηγεί και σε ύπαρξη U ή Th.
Η σχετική σημασία των τριών ισοτόπων του ραδονίου αυξάνει με τον χρόνο ζωής τους και την σχετική αφθονία τους. Το 219Rn έχει τον πιο μικρό χρόνο ζωής, ενώ γενικά παράγεται σε πολύ μικρότερες ποσότητες από το 222Rn, αφού η φυσική αναλογία 235 U/238U είναι 0,00719. Ως εκ τούτου, το 219Rn τις περισσότερες φορές παραβλέπεται. Το 220Rn έχει επίσης μικρό χρόνο ζωής σε σχέση με το 222Rn, με αποτέλεσμα να μετακινείται σε πολύ μικρότερες αποστάσεις από το σημείο παραγωγής του. Για να αποτελεί λοιπόν σοβαρό κίνδυνο για την υγεία, θα πρέπει η πα- ραγωγή του να γίνεται κοντά στον χώρο όπου ζουν άνθρωποι (π.χ. να περιέχεται ράδιο σε οι- κοδομικά υλικά) (Fleischer, 1997).
2.3 Η σημασία των θυγατρικών του
Οι κίνδυνοι για την υγεία από το ραδόνιο και το θορόνιο, δεν οφείλονται σε αυτά τα ισότοπα άμεσα, αλλά στα παράγωγά τους από την ραδιενεργό τους διάσπαση, τα οποία εισπνέονται.
Επειδή το ραδόνιο είναι ευγενές αέριο, με μεγάλο χρόνο ημιζωής συγκριτικά με τον ρυθμό α- ναπνοής, το μεγαλύτερο μέρος από αυτό που εισπνέεται, εκπνέεται χωρίς να διασπάται ή να παγιδεύεται στους πνεύμονες. Αντίθετα, τα άμεσα θυγατρικά του 222Rn, (218Po, 214Pb, 214Bi και
214Po) έχουν την τάση να προσκολλούνται σε στερεά της ατμόσφαιρας, συνήθως αεροζόλ και να εισπνέονται μαζί με αυτά. Το αποτέλεσμα είναι ότι επικάθονται στις επιθηλιακές επιφάνειες στο εσωτερικό των πνευμόνων, όπου και διασπώνται. Από την στιγμή μάλιστα, που το πιο μα-
232Th
228Th
228Ra
224Ra
220Rn
216Po
212Pb 212Bi 212Po
228Ac
208Pb
Διάσπαση α (4He)
Διάσπαση β (e)
τοκαθαρισμού των πνευμόνων. Το αποτέλεσμα είναι ότι οι ευαίσθητες επιφάνειες των βρόγχων ακτινοβολούνται από αυτές τις διασπάσεις. Οι πιο επικίνδυνες από αυτές είναι οι διασπάσεις των ισοτόπων του πολωνίου (218Po και 214Po) επειδή εκπέμπουν σωματίδια α σε υψηλές ενέρ- γειες. Η ιονίζουσα ακτινοβολία που επηρεάζει τα επιθηλιακά κύτταρα των βρόγχων, θεωρείται υπεύθυνη για την έναρξη της διεργασίας της καρκινογένεσης. (Fleischer, 1997)
Η περίπτωση του θορόνιου είναι λίγο διαφορετική. Το πρώτο του θυγατρικό 216Po είναι τόσο βραχύβιο (χρόνος ημιζωής: 0,22 s) που διασπάται όπου και το θορόνιο. Τα επόμενα θυγατρικά (212Pb και 212Bi) ζούνε αρκετά ώστε να μπορούν να απομακρυνθούν από τους πνεύμονες πριν διασπαστούν. Τελικά, ο μεγαλύτερος κίνδυνος από τα θυγατρικά του θορονίου προέρχεται από το 212Ρο.
2.4 Ορισμός WL – WLM
Είναι σκόπιμο εδώ να οριστεί μία νέα μονάδα μέτρησης που χρησιμοποιείται για την έκφραση της συγκέντρωσης του ραδονίου και η οποία είναι άμεσα συνυφασμένη με τις επιδράσεις στην υγεία από τα θυγατρικά του.
Όπως έχει αναφερθεί, το ραδόνιο συνοδεύεται από τα θυγατρικά του, τα οποία μάλιστα θεω- ρούνται υπεύθυνα για τις καρκινογόνες ιδιότητές του. Για να εκφραστεί η συγκέντρωσή τους στον αέρα, η μονάδα που χρησιμοποιείται είναι το Working Level (WL). Ένα WL, ορίζεται ως ο οποιοσδήποτε συνδυασμός παραγώγων του ραδονίου σε 1 λίτρο αέρα, που έχει αποτέλεσμα την έκκληση 1,3 * 105 εκατομμυρίων eV ενέργειας α. Στην περίπτωση που ένας κλειστός όγκος αέρα, τροφοδοτείται συνεχώς με ραδόνιο, η συγκέντρωση των βραχύβιων παραγώγων του θα αυξηθεί, έως ότου φτάσει σε ένα σημείο ισορροπίας, όπου ο ρυθμός διάσπασης κάθε παραγώ- γου θα ισούται με αυτόν του ίδιου του ραδονίου. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, κάθε pCi/L ρα- δονίου δίνει (σχεδόν ακριβώς) 0,01 WL. Στην πραγματικότητα, αυτές οι συνθήκες δεν κρατάνε.
Για ένα σπίτι, το κλάσμα ισορροπίας είναι περίπου 40% (Kendall and Smith, 2002). Έτσι, το κάθε pCi/L ραδονίου, δίνει 0,004 WL παραγώγων στον αέρα (EPA, 2003).
Η αθροιστική έκθεση σε παράγωγα ραδονίου, μετριέται σε Working Level Months (WLM).
Αρχικά αυτή η μονάδα διαμορφώθηκε για εφαρμογές σε εργασιακούς χώρους. Έκθεση σε 1 WL για 170 h, ορίζεται ως 1 WLM. Με την υπόθεση ότι το F = 0,4 (βλέπε κεφάλαιο 3.2), προ- κύπτουν οι σχέσεις:
¾ 1 WL = 2,08 * 10-5 J/m3 = 9.3 * 103 Bq/m3 (συγκέντρωση ραδονίου)
¾ 1 WLM = 3.5 10-3 J hr m-3 = 1581 * 103 Bq hr/m3 2.5 Ενέργεια και εμβέλεια των σωματιδίων α
Όπως έχει αναφερθεί στο κεφάλαιο 1.3, η ακτινοβολία α έχει πολύ μικρή διεισδυτικότητα. Αυ- τός είναι ο λόγος που το ραδόνιο δεν είναι επικίνδυνο εάν δεν φτάσει στους πνεύμονες. Η εξω- τερική στοιβάδα του δέρματος είναι αρκετή για να μπλοκάρει τα σωματίδια α, χωρίς να τα α- φήσει να φτάσουν σε εσωτερικά όργανα. Στην περίπτωση όμως που η διάσπαση του ραδονίου ή κάποιου από τα παράγωγά του γίνει στο εσωτερικό των πνευμόνων, τα ευαίσθητα επιθηλιακά κύτταρα των βρόγχων, δέχονται άμεσα όλη την ακτινοβολία, αυξάνοντας έτσι πολύ τον κίνδυ- νο δημιουργίας καρκινώματος. Είναι λοιπόν σημαντικό να γνωρίζουμε το ποσό ενέργειας που απορροφάται από τα κύτταρα, καθώς και τον βαθμό διεισδυτικότητας των σωματιδίων α.
Στον πίνακα 2.1 που ακολουθεί δίνονται η ενέργειες των διασπάσεων α καθώς και η απόσταση που μπορούν να διανύσουν τα σωματίδια σε αέρα και νερό, για το ραδόνιο, το θορόνιο και για τα βασικά τους θυγατρικά. Έχει υπολογιστεί, ότι η απόσταση που μπορεί να διανύσει η ακτινο- βολία α στο νερό είναι περίπου ίδια με αυτή σε κοινά πλαστικά (π.χ. πολυαιθυλένιο). Οι υπο- λογισμοί είναι για 6 oC στο επίπεδο της θάλασσας.
Πίνακας 2.1: Ενέργεια και εμβέλεια σωματιδίων α
Νουκλεϊδιο Ενέργεια α (MeV) Εμβέλεια (μm νερού) Εμβέλεια (cm αέρα)
222Rn 5.49 39 4.08
218Po 6.00 44 4.67
214Po 7.69 66 6.91
220Rn 6.29 48 5.01
216Po 6.78 41 5.67
212Po 8.18 83 8.53
212Bi 6.05 45 4.73
Πηγή: Fleischer, 1997
2.6 Τρόποι εισόδου στα σπίτια
Το ραδόνιο παράγεται από το 226Ra στην ραδιενεργό σειρά του 238U. Το ουράνιο όπως και το ράδιο, υπάρχουν σε σημαντικές συγκεντρώσεις σε πολλά πετρώματα. Κατά την παραγωγή του από το Ράδιο, το Ραδόνιο όντας αέριο, ξεφεύγει από το πέτρωμα σχετικά εύκολα και μεταφέρε- ται έτσι στον αέρα ή στο νερό που μπορεί να περιβάλει το πέτρωμα. Σε εξωτερικούς χώρους, η συγκέντρωσή του παραμένει σε χαμηλά επίπεδα και δεν αποτελεί κίνδυνο. Στο εσωτερικό κτι- ρίων όμως, η συγκέντρωσή του μπορεί να ανέβει σε υψηλά επίπεδα. Το πόσο που θα φτάσει η συγκέντρωση, εξαρτάται κυρίως από τη κατασκευή του κτιρίου και τη ποσότητα ραδονίου στο υπέδαφος. Η σύσταση του εδάφους κάτω και γύρω από το σπίτι επηρεάζει τα επίπεδα ραδονίου και την ευκολία με την οποία μπορεί το ραδόνιο να εισέλθει σε αυτό. Φυσιολογικές διαφορές πίεσης μεταξύ του σπιτιού και του εδάφους, μπορεί να δημιουργήσουν μία ελαφριά υποπίεση στο εσωτερικό του σπιτιού, η οποία μπορεί να ρουφήξει το ραδόνιο από το έδαφος στο εσωτε- ρικό του σπιτιού.
Το ραδόνιο είναι δυνατόν να εισέλθει σε ένα σπίτι μέσα από ρωγμές στα πατώματα και τους τοίχους, τις αποχετεύσεις, τα φρεάτια, σημεία σύνδεσης της κατασκευής και άλλα. Τα επίπεδα ραδονίου είναι υψηλότερα κατά κανόνα στα υπόγεια και τα ισόγεια των σπιτιών, που βρίσκο- νται σε επαφή με το έδαφος. Παράγοντες όπως η σχεδίαση, η κατασκευή και ο εξαερισμός του σπιτιού, επηρεάζουν επίσης τα επίπεδα ραδονίου, καθώς και τις οδούς εισόδου του. Μία ακόμα πηγή ραδονίου, μπορεί να είναι ο αέρας που απελευθερώνεται από το νερό όταν κάποιος κάνει ντους και άλλες δουλείες του σπιτιού, όπως πλύσιμο. Συγκρινόμενο με το ραδόνιο που εισέρχε- ται από το υπέδαφος, αυτό του νερού είναι στις περισσότερες περιπτώσεις μικρή πηγή κινδύ- νου. Στο σχήμα 2.3 φαίνονται σχηματικά οι δρόμοι εισόδου του ραδονίου σε ένα σπίτι. (EPA, 1993)
Σχήμα 2.3: Τρόποι εισόδου του ραδονίου σε ένα σπίτι. (Πηγή: EPA, 1993)
Α: Ρωγμές στις τσιμέντινες πλάκες
Β: Ακάλυπτα κενά στους τούβλινους τοίχους C: Πόροι και κενά στους τσιμέντινους τοίχους D: Αρμοί των τοίχων του υπογείου
E: Ακάλυπτο έδαφος (π.χ. φρεάτιο) F: Φρεάτιο υγρασίας
G: Αρμοί κονιάματος
H: Αστοχίες στην στεγανοποίηση σωληνώσεων I: Ανοιχτές κορυφές τούβλινων τοίχων
J: Οικοδομικά υλικά
Κ: Νερό (κυρίως από πηγάδια)
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΥΓΕΙΑ
3.1 Εισαγωγή
Ο άνθρωπος δέχεται καθημερινά μία ποσότητα ακτινοβολίας η οποία ονομάζεται ακτινοβολία υποβάθρου (background radiation). Η ακτινοβολία αυτή προέρχεται από φυσικές πηγές και εί- ναι βασικά η κοσμική ακτινοβολία που καταφέρνει να διαπεράσει την ατμόσφαιρα και η ακτι- νοβολία από τα γήινα ραδιονουκλίδια. Η δόση από αυτή την ακτινοβολία, με την επιπλέον διαίρεση σε εσωτερική και εξωτερική έκθεση, παρουσιάζεται στον πίνακα 3.1.
Πίνακας 3.1: Ετήσιες ισοδύναμες δόσεις σε περιοχές με κανονικό και αυξημένο υπό- βαθρο
Μέση ετήσια ισοδύναμη δόση (mSv) Πηγή έκθεσης
Κανονικό υπόβαθρο Αυξημένο υπόβαθρο Εξωτερική έκθεση
Κοσμική ακτινοβολία 0,38 2,0
Γήινα ραδιονουκλίδια 0,46 4,3
Εσωτερική έκθεση
Κοσμογενικά ραδιονουκλίδια 0,01 0,01
Γήινα ραδιονουκλίδια 0,23 0,6
Ραδόνιο 1,205 10,1
Θόρον 0,07 0,1
Συνολικό ποσό 2,4 17,1
Πηγή: UNSCEAR, 1993
Στον πίνακα φαίνεται η μεγάλη συνεισφορά του ραδονίου στην συνολική δόση από τις πηγές φυσικής ακτινοβολίας, η οποία ανέρχεται στο 50% του συνόλου σε περιπτώσεις υποβάθρου με φυσιολογικές τιμές.
3.2 Δοσιμετρία
Ενώ η μέτρηση της έκθεσης σε ραδόνιο είναι σχετικά απλή και μπορεί να γίνει πειραματικά, ο υπολογισμός της δόσης που δέχεται ο άνθρωπος από αυτή την έκθεση είναι πιο πολύπλοκος.
Πρέπει να ληφθούν υπ’όψιν παράγοντες όπως το ποιος ιστός δέχεται την ακτινοβολία και τι τύπου είναι αυτή. Κατά καιρούς έχουν προταθεί διάφορα δοσιμετρικά μοντέλα, τα οποία στη- ρίζονται πάντα σε κάποιες παραδοχές. Η Euroatom με την οδηγία 96/29, η οποία εφαρμόζεται και στην Ελλάδα, προτείνει τα παρακάτω μοντέλα.
Η Ενεργός Δόση (Effective Dose), Ε, που δέχονται όλοι οι ιστοί του ανθρώπινου σώματος, δί- νεται από τον τύπο:
Όπου, wT είναι ο συντελεστής βαρύτητας για τον ιστό ή όργανο Τ. ΗΤ είναι η ισοδύναμη δόση που πήρε ο ιστός ή το όργανο Τ.
Η ΗΤ, δίνεται από τον τύπο:
Όπου, wR είναι ο συντελεστής βαρύτητας της ακτινοβολίας R. DT,R είναι η απορροφούμενη δό- ση λόγω ακτινοβολίας R.
Οι τιμές για τα wT και wR δίνονται στους πίνακες που ακολουθούν.
Πίνακας 3.2: Τιμές του συντελεστή βαρύτητας για ιστό ή όργανο, wT
Ιστός ή όργανο Τιμή του συντελεστή wT
Όρχεις 0,20 Μυελός των οστών (κόκκινος) 0,12
Κόλον (colon) 0,12
Πνεύμονες 0,12
Στομάχι 0,12
Κύστη (bladder) 0,05
Στήθος 0,05
Συκώτι 0,05
Οισοφάγος 0,05
Θυρεοειδής 0,05
Δέρμα 0,01
Επιφάνεια οστών 0,01
Υπόλοιπα 0,05
Πηγή: Euroatom 96/29
Πίνακας 3.3: Τιμές του συντελεστή βαρύτητας για τύπο ακτινοβολίας, wR
Τύπος και εύρος ενέργειας Τιμή του συντελεστή wR
Φωτόνια, όλες οι ενέργειες 1 Ηλεκτρόνια, όλες οι ενέργειες 1 Νετρόνια
< 10 keV 5
10 – 100 keV 10
100 keV – 2 MeV 20
2 – 20 MeV 10
> 20 MeV 5
Πρωτόνια, ενέργεια > 2 MeV 5 Σωματίδια άλφα, προϊόντα σχάσης,
βαριοί πυρήνες 20
Πηγή: Euroatom 96/29
Για να υπολογιστεί η απορροφούμενη δόση D, πρέπει να υπολογιστεί η συνολική ενέργεια που μεταφέρεται από το ραδόνιο και τα θυγατρικά του, η οποία εκφράζεται με τον όρο Potential Alpha Energy Concentration – PAEC. Το PAEC προσδιορίζεται από τις συγκεντρώσεις των θυγατρικών του ραδονίου, σύμφωνα με τον τύπο:
cp = 0.58 C1 + 2.85 C2 + 2.1 C3 σε nJ.m-3
Όπου C1 είναι η συγκέντρωση του 218Po, C2 η συγκέντρωση του 214Pb και C3 η συγκέντρωση του 214Bi. Οι συγκεντρώσεις σε Bq/m3.
Εδώ πρέπει να συνυπολογιστεί και το ποσοστό των θυγατρικών που είναι προσκολλημένα σε aerosol (attached fraction) και αυτών που είναι ελεύθερα (unattached fraction)*. Ο υπολογισμός αυτός έχει σημασία καθώς αλλάζει η επίδραση στην υγεία. Το ποσοστό αυτό συμβολίζεται με το F και στις περισσότερες περιπτώσεις ισούται με 0,4 για μετρήσεις σε εσωτερικούς χώρους (Kendall and Smith, 2002). Σύμφωνα με τους Philips et al. (1988), το μεγαλύτερο μέρος της δόσης που λαμβάνουν οι πνεύμονες, προέρχεται από το προσκολλημένο κλάσμα και αρκετά μικρότερο από το ελεύθερο. Το ποσοστό της ενέργειας που μεταφέρεται από το ελεύθερο κλά- σμα προσδιορίζεται από τον συντελεστή fp, σε συνάρτηση με το PAEC:
fp =
PAEC PAECu
Όπου PAECu είναι η ενέργεια που μεταφέρει το ελεύθερο κλάσμα και PAEC, η συνολική ενέρ- γεια.
Εάν προσδιοριστούν αυτές οι μεταβλητές, μπορεί να υπολογιστεί η δόση D, σύμφωνα με τον τύπο:
D = cp (fp Du + (1 - fp) Da)
Όπου Du και Da, είναι οι τιμές της δόσης ανά μονάδα έκθεσης που οφείλεται στο προσκολλη- μένο και ελεύθερο κλάσμα αντίστοιχα.
Όπως είναι φανερό, η διαδικασία υπολογισμού της δόσης είναι αρκετά πολύπλοκη. Για να α- πλουστευτεί η διαδικασία έχουν προταθεί κάποιοι Συντελεστές Μετατροπής Δόσης (Dose Conversion Factors - DCF), με τους οποίους μπορεί να υπολογιστεί απευθείας η δόση από την συγκέντρωση ραδονίου στον αέρα. Οι DCFs που έχουν προταθεί είναι πολλοί κατά καιρούς, αφού οι αρχικές υποθέσεις μπορεί να αλλάξουν εύκολα. Ο συντελεστής που έχει προταθεί από την UNSCEAR (1993) είναι 0.17 nSv/Bq.h.m-3 για έκθεση σε 222Rn. Η ICRP No 65 ορίζει σαν DCF τα 4 mSv/WLM στο σπίτι και τα 5mSv/WLM στους χώρους εργασίας (Ching-Jiang, 1998).
Ο J. Porstendorfer, με τις δύο δουλειές του το 1996 και το 2001, επιχείρησε να υπολογίσει κά- ποιους DCF για εφαρμογή σε χώρους εργασίας και σε σπίτια, σε συνάρτηση με το fp. Η πρότα- σή του για εφαρμογές σε ένα τυπικό σπίτι, είναι 6,1 + 42 fp. Με αυτό τον τρόπο, ο DCF, υπο- λογίζεται σε μονάδες mSv/WLM. Άρα το πρόβλημα υπολογισμού της δόσης αντικαθίσταται με το πρόβλημα προσδιορισμού του fp. Το fp μπορεί να προσδιοριστεί όπως έχει περιγραφεί στην προηγούμενη παράγραφο. Για μεγάλες μελέτες όμως που αφορούν πολλά διαφορετικά μέρη με
* Σαν ελεύθερα θυγατρικά (unattached fraction), ορίζονται τα θυγατρικά με μέγεθος από 1nm (άτομα) έως το πολύ 10nm (μικρές ομάδες αυτών). Από τα 10nm και πάνω, ορίζονται ως προσκολλημένα (attached fraction).
κοινά όμως χαρακτηριστικά, είναι χρήσιμο να υπάρχει μία καθολικά αποδεκτή τιμή, η οποία θα χρησιμοποιείται. Οι El-Hussein (1996) και Ching-Jiang et al. (1998), προτείνουν για εσωτερι- κούς χώρους όπως τα σπίτια, τα σχολεία και τα νοσοκομεία, ο fp να υπολογίζεται ως ίσος με 0,06.
Με βάση αυτή την τιμή, ο DCF που υπολογίζεται και που θα χρησιμοποιηθεί στην παρούσα εργασία είναι:
DCF = 8,62 mSv/WLM 3.3 Επιδημιολογικά στοιχεία
Τα κυριότερα επιδημιολογικά στοιχεία που συσχετίζουν την έκθεση στο ραδόνιο με την πρό- κληση καρκίνου στους πνεύμονες, προέρχονται από μελέτες σε εργάτες ορυχείων ουρανίου, σιδήρου και κασσίτερου. Οι κυριότερες μελέτες παρουσιάζονται στον πίνακα 3.4. Το συμπέ- ρασμα των μελετών αυτών, είναι ότι υπάρχει γραμμική συσχέτιση μεταξύ έκθεσης και επικιν- δυνότητας (Muirhead, 1997). Οι εκθέσεις στις οποίες κάποιες από τις μελέτες έδειξαν αυξημέ- νο κίνδυνο, ανάμεσα σε 20 και 50 WLM, είναι μόνο κατά 2 – 5 φορές μεγαλύτερες από αυτές που υπολογίζονται ως μέσες τιμές για τη διάρκεια της ζωής, σε χώρες όπως οι Η.Π.Α. και το Η.Β. Επίσης, οι εκθέσεις αυτές είναι μικρότερες από το όριο δράσης που θέτει το Η.Β. (75 WLM).
Οι ίδιες μελέτες έδειξαν ότι τα αποτελέσματα δεν έχουν επηρεαστεί από την ύπαρξη άλλων καρκινογενών ουσιών στα ορυχεία. Συμπερασματικά, η αύξηση των παρατηρούμενων περι- πτώσεων καρκίνου σε σχέση με τις αναμενόμενες, μπορεί να αποδοθεί στο ραδόνιο. Το συμπέ- ρασμα αυτό υποστηρίζεται και από μελέτες σε ζώα που έγιναν στις Η.Π.Α. και τη Γαλλία, οι οποίες έδειξαν παρόμοια συμπεριφορά στην αύξηση των περιπτώσεων καρκίνου του πνεύμονα σε αρουραίους και σκυλιά που εκτέθηκαν χρόνια σε ραδόνιο (BEIR IV, 1988). Με βάση αυτά τα στοιχεία, το 1988, η Διεθνής Επιτροπή για τη Μελέτη του Καρκίνου (International Agency for Research on Cancer - IΑRC), κατέταξε το ραδόνιο ως καρκινογενές για τους ανθρώπους.
Από τότε, η σύνδεση του ραδονίου με τον καρκίνο του πνεύμονα έχει υποστηριχθεί και από άλλες επιδημιολογικές μελέτες, με βάση μετρήσεις σε κατοικίες (Barros-Dios et al., 2002), (Tomasek et al., 1999). Υπάρχουν όμως και επιστήμονες που παραμένουν σκεπτικοί σχετικά με το κατά πόσο η σύνδεση αυτή είναι πραγματικά τόσο ισχυρή (Becker, 2002).
Σύμφωνα με την Υπηρεσία Προστασίας Περιβάλλοντος των Η.Π.Α. (Environmental Protection Agency - EPA), το ραδόνιο αποτελεί την δεύτερη αιτία πρόκλησης καρκίνου του πνεύμονα με- τά το τσιγάρο. Εκτιμάται ότι προκαλεί κάθε χρόνο 14,000 θανάτους, αν και αυτός ο αριθμός μπορεί να ποικίλει από 7,000 έως 30,000. Στο διάγραμμα 3.1 παρουσιάζεται η σύγκριση αυτού του αριθμού με τους θανάτους που προκαλούνται από άλλες αιτίες.
Διάγραμμα 3.1: Αριθμός θανάτων τον χρόνο στις Η.Π.Α.
14000
12231
9300
3200
900 0
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000
Ραδόνιο Οδήγηση υπό την επήρεια
αλκοόλ
Πτώσεις στο σπίτι
Φωτιές Πνιγμοί
Πηγή: EPA, 1990
3.4 Τα καινούργια δεδομένα
Το 1999, η Ερευνητική Επιτροπή της Εθνικής Ακαδημία Επιστημών (National Academy of Sciences - NAS), εξέδωσε την αναφορά με την ονομασία BEIR VI, Επιδράσεις στην Υγεία από την Έκθεση σε Ραδόνιο. Στην έκθεση αυτή, γινόταν εκτίμηση του κινδύνου που διατρέχει ο πληθυσμός των Η.Π.Α., λόγω της έκθεσής του σε ραδόνιο στα σπίτια. Η μελέτη αυτή ήρθε να αναβαθμίσει την προηγούμενη αναφορά της Ακαδημίας (BEIR IV, 1988), αφού έκανε χρήση νέων πληροφοριών σχετικά με την επικινδυνότητα του ραδονίου. Με βάση τις επιδημιολογικές μελέτες σε 11 ομάδες εργατών σε ορυχεία, η επιτροπή κατέληξε σε δύο μοντέλα επικινδυνότη- τας, με τα οποία εκτίμησαν 15,400 ή 21,800 θανάτους αντίστοιχα. Οι θάνατοι αυτοί αντιστοι- χούν σε θανάτους από καρκίνο του πνεύμονα που προκλήθηκε από την έκθεση σε ραδόνιο. Η στατιστική ανάλυση αβεβαιότητας κατέληξε σε ένα εύρος από 3,000 έως 33,000 θανάτους το χρόνο.
Τα δύο μοντέλα που προτείνει η επιτροπή υπολογίζουν την υπερβάλλουσα σχετική επικινδυνό- τητα (excess relative risk - ERR), που αντιπροσωπεύει την ποσοστιαία αύξηση στην πιθανότητα να παρουσιάσει κάποιος καρκίνο του πνεύμονα, ανάλογα με μία δεδομένη έκθεση σε ραδόνιο.
Για να υπολογιστεί η επικινδυνότητα σε οποιαδήποτε στιγμή μετά από κάποια έκθεση, αρκεί να πολλαπλασιαστεί το θεμελιώδες ποσοστό καρκίνων του πνεύμονα που αντιστοιχεί σε ένα άτο- μο της συγκεκριμένης ηλικίας, φύλου και κατηγορίας καπνιστών, με την ERR.
Το μοντέλο BEIR VI εκφράζεται μαθηματικά ως εξής:
ERR = β (W5-14 + Θ15-24 W15-24 + Θ25+ W25+) Φage γz
Όπου: β είναι η παράμετρος που καθορίζει την απόκριση στην έκθεση (συντελεστής επικινδυ- νότητας). Τα W5-14, W15-24, W25+ καθορίζουν την έκθεση που συνέβη 5-14, 15-24 και ≥25 χρό- νια πριν από τη σημερινή ηλικία, ενώ τα Θ15-24, Θ25+ αντιπροσωπεύουν την σχετική συνεισφο- ρά στην επικινδυνότητα, των εκθέσεων που συνέβησαν 15-24 και ≥25 χρόνια πριν. Οι δύο τε- λευταίες παράμετροι, Φage και γz, αντιπροσωπεύουν διαφορετικές ηλικιακές κατηγορίες και έ- νταση έκθεσης ή χρόνο έκθεσης, αντίστοιχα.
Πίνακας 3.4: Θάνατοι από καρκίνο του πνεύμονα, εργατών σε ορυχεία που εκτέθηκαν σε ραδόνιο
Αριθμός θανάτων από καρκίνο του πνεύμονα
Ορυχείο (περί- οδος παρατή-
ρησης)
Αριθμός ανδρών
Συγκέντρωση ραδονίου
(WLM)
Ανθρωπο - έτη
Παρατηρούμενοι Αναμενόμενοι Colorado Pla-
teau, Η.Π.Α.
(1951-82)
3,346 821 73,642 256 59.1
Ontario, Κα- ναδάς (1955-
81)
13,469 30 152 67.6
Beaverlodge, Καναδάς (1950-80)
8,487 13 114,170 65 34.2
Port Radium, Καναδάς
(1950-80) 2,103 144 52,930 57 24.7
West Bohemia, Τσεχία (1953-90)
4,320 219 702 138
Malmberget, Σουηδία (1951-76)
1,294 94 26,567 51 13.1
New Mexico, Η.Π.Α.
(1977-85)
3,469 111 59,000 68 17.0
Newfoundland, Καναδάς (1950-90)
1,744 383 42,417 139 31.1
Yunnan Prov- ince, Κίνα
(1976-87)
17,143 217 175,143 981 267
Cornwall, H.B.
(1941-86) 3,010 ~100 105 66.6
Radium Hill, Αυστραλία
(1952-87)
1,429 7 32 23.1
Γαλλία
(1946-85) 1,785 70 44,995 45 21.1
Πηγή: Muirhead, 1997
Ανάλογα με το αν το γz αναφέρεται σε ένταση ή διάρκεια έκθεσης, προκύπτουν τα δύο διαφο- ρετικά μοντέλα όπως έχει αναφερθεί. Οι τιμές των παραμέτρων δίνονται στον πίνακα 3.5.
Ένα σημαντικό εύρημα του BEIR VI, είναι ότι η επικινδυνότητα από μία δεδομένη έκθεση, τείνει να αυξάνεται όταν η έκθεση είναι περισσότερο απλωμένη χρονικά.
3.5 Ραδόνιο και κάπνισμα
Η αρχική υπόθεση για την συνεργιστική δράση του καπνίσματος και του ραδονίου, ήταν ότι παρουσιάζουν αθροιστική συμπεριφορά. Ήδη από το 1988 (BEIR IV), φάνηκε ότι η δράση τους είναι περισσότερο πολλαπλασιαστική. Τελικά, οι πιο πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι η δράση τους παρουσιάζει συμπεριφορά κάπου ανάμεσα στην αθροιστική και τη πολλαπλασια- στική (Lubin et al, 1994, 1995).
Σύμφωνα με το BEIR VI, η έκθεση σε ραδόνιο είναι υπεύθυνη για περίπου 1 στους 8 θανάτους ανάμεσα σε καπνιστές και 1 στους 4 θανάτους σε μη καπνιστές*. Αφού όμως οι καπνιστές έ- χουν πολύ μεγαλύτερο αριθμό περιπτώσεων καρκίνου του πνεύμονα, σε απόλυτες τιμές, ο α- ριθμός των θανάτων από καρκίνο λόγω του ραδονίου είναι υψηλότερος στους καπνιστές.
3.6 Έκθεση στο σπίτι
Παρότι υπάρχει αρκετά μεγάλος όγκος επιδημιολογικών μελετών, που δείχνουν συσχέτιση με- ταξύ καρκίνου του πνεύμονα και έκθεσης σε ραδόνιο στο σπίτι, τα αποτελέσματα αυτά δεν προσφέρονται για αριθμητικές εκτιμήσεις της επικινδυνότητας. Έτσι, οι εκτιμήσεις και τα μο- ντέλα, βασίζονται στα δεδομένα από τα ορυχεία. Είναι προφανές όμως ότι υπάρχουν κάποιες διαφορές ανάμεσα στην έκθεση στο ορυχείο και στο σπίτι, οι οποίες πρέπει να ληφθούν υπόψη.
Πρώτον, εξαιτίας κάποιων φυσικών και φυσιολογικών παραγόντων, η δόση ακτινοβολίας α που λαμβάνουν τα κύτταρα του πνεύμονα ανά WLM, μπορεί να είναι υψηλότερη ή χαμηλότερη στην περίπτωση της έκθεσης στο σπίτι από ότι στα ορυχεία. Από τη στιγμή που η επικινδυνό- τητα είναι ανάλογη της δόσης, ένα μοντέλο που βασίζεται στις μετρήσεις των ορυχείων θα πρέπει ενδεχομένως να υποστεί κάποια τροποποίηση. Το μοντέλο του BEIR VI, βασίστηκε στην υπόθεση, ότι όλες αυτές οι διαφοροποιήσεις αλληλοαναιρούνται, με αποτέλεσμα να μην απαιτείται κάποια προσαρμογή στο μοντέλο. Η υπόθεση αυτή στηρίχθηκε και από τη πρόσφα- τη μελέτη των James et al. (2004).
Δεύτερον, κάποια άλλα συστατικά της ατμόσφαιρας των ορυχείων, όπως το αρσενικό, το πυρί- τιο αλλά και ρύποι από τη καύση πετρελαίου ενδεχομένως να επηρεάζουν τις μελέτες, αφού μπορεί να είναι υπεύθυνα για έναν αριθμό καρκίνων του πνεύμονα που αποδίδεται στο ραδόνι- ο. Η επιτροπή του BEIR VI, αναγνώρισε την πιθανότητα αυτή για το αρσενικό, αλλά εκτίμησε ότι τα άλλα δύο δεν επηρεάζουν.
Τρίτον, η ένταση της έκθεσης στο σπίτι είναι γενικά μικρότερη και από το χαμηλότερο επίπεδο έκθεσης στα ορυχεία για το οποίο υπάρχουν στοιχεία αυξημένης επικινδυνότητας. Τα δεδομένα από τις μελέτες στα ορυχεία, έδειξαν γραμμική σχέση μεταξύ της αύξησης της επικινδυνότητας και της έκθεσης, η προέκταση της υπόθεσης προς χαμηλότερες τιμές βρίσκει αντιδράσεις. Μά- λιστα υπάρχουν μελέτες που υποστηρίζουν ότι η έκθεση σε χαμηλές συγκεντρώσεις ραδονίου μπορεί να δρουν προστατευτικά από τον καρκίνο (Cohen, 1995). Η επιτροπή του BEIR VI, α- ναγνώρισε ότι υπάρχουν στοιχεία που ακόμα δεν έχουν ξεκαθαριστεί πλήρως, αλλά επέλεξε να ακολουθήσει την υπόθεση της απόλυτης γραμμικότητας στη σχέση έκθεσης – επικινδυνότητας.
Η EPA, με την έκθεσή της το 2003, βασιζόμενη στο BEIR VI και κάνοντας χρήση κάποιων νέων στοιχείων, έκανε κάποιες καινούργιες εκτιμήσεις σχετικά με τον αριθμό θανάτων εξαιτίας της έκθεσης στο ραδόνιο. Με βάση αυτή την ανάλυση, η EPA εκτιμά ότι από τους 157,400 θα- νάτους από καρκίνο του πνεύμονα το 1995 στις Η.Π.Α., οι 21,100 (13.4%), ήταν λόγω του ρα-
* Ως καπνιστές ορίζονται τα άτομα που έχουν ήδη καπνίσει πάνω από 100 τσιγάρα, ενώ αυτοί που δεν έχουν κα- πνίσει ακόμα 100 ορίζονται ως μη καπνιστές
δονίου. Εκτιμάται επίσης ότι περίπου το ¼ από τους θανάτους αυτούς μπορεί να αποφευχθεί, με την μείωση της συγκέντρωσης του ραδονίου στο εσωτερικό των σπιτιών στα επίπεδα των 4 pCi/L. Επίσης υπολογίζεται ότι το 86% των θανάτων από καρκίνο των πνευμόνων λόγω έκθε- σης σε ραδόνιο αφορά καπνιστές, όταν η ίδια κατηγορία εμπεριέχει το 93% του συνόλου των θυμάτων από καρκίνο.
Οι εκτιμήσεις για την επικινδυνότητα ανά μονάδα έκθεσης είναι:
¾ 5.38 * 10-4/WLM (για όλους),
¾ 9.68 * 10-4/WLM (για τους καπνιστές) και
¾ 1.67 * 10-4/WLM (μη καπνιστές).
Πίνακας 3.5: Τιμές των παραμέτρων για το μοντέλο υπολογισμού επικινδυνότητας BEIR VI
Πηγή: BEIR VI, 1999
