Promieniotwórcze skażenia żywności - czy warto je mierzyć?

Kieszonkowe dozymetry klasy popularnej kupowane są często dla ochrony przed "napromieniowaną żywnością". Oczywiście chodzi o żywność skażoną, gdyż jak wiemy, napromieniowanie nie wywołuje radioaktywności wtórnej, za wyjątkiem aktywacji neutronowej [LINK]. Żywność konserwowana radiacyjnie nie staje się promieniotwórcza, choć promieniowanie wytwarza w niej pewne charakterystyczne związki chemiczne [LINK]. Pojęcia napromieniowania i skażenia są niestety często mylone, o czym już wielokrotnie pisałem [LINK]. Zerknijmy jednak na problem od innej strony - jaką mamy szansę, że na nasz stół trafi żywność skażona radioaktywnie? W przypadku produktów importowanych nie jest to możliwe z racji bramek dozymetrycznych na granicach, wykrywających nawet niewielkie ilości radionuklidów. Czułość ich jest na tyle duża, że reagują nawet na potas-40, zawarty w niewielkiej ilości w potasie naturalnym, zatem m.in. w nawozach potasowych Oczywiście istnieje dolna granica detekcji, wynikająca z różnych przyczyn, choćby z czułości i wydajności detektora oraz szybkości pomiaru, należy też liczyć się z błędem ludzkim i awariami sprzętu, przez które skażona żywność może pokonać systemy zabezpieczeń. 

Źródło - NCBJ https://www.ncbj.gov.pl/aktualnosci/c-bord-dokladne-szybkie-kontrole-kontenerow

Prędzej bym się spodziewał nuklidów w produktach krajowych, które nie są kontrolowane i mają krótszą drogę od producenta do konsumenta. Przykładowy scenariusz? Katastrofa samolotu wyposażonego w zegary z farbą radową lub izotopowe czujniki oblodzenia ze strontem-90. Pomimo uprzątnięcia wraku nie sposób usunąć wszystkich drobin, szczególnie że siła uderzenia samolotu o ziemię rozrzuca szczątki wraku (i załogi) na dużym obszarze. Poza tym spora cześć radu mogła odparować w pożarze, a następnie opaść na pole. Zarówno stront, jak i rad, są powinowate do wapnia, zatem będą wchłaniane przez rośliny, a następnie będą wbudowywać się w kości konsumentów. Przypomnijmy sobie, ile samolotów rozbiło się ziemiach polskich podczas II wojny światowej, a farba radowa była wówczas w powszechnym użyciu. Poniżej kokpit bombowca Consolidated B-24 Liberator:

https://www.jetphotos.com/photo/7903460

Takie samoloty latały ze zrzutami dla powstania warszawskiego i często ulegały zestrzeleniu wokół Warszawy bądź w okolicach Nowego Targu, gdzie Luftwaffe  urządzało zasadzki na powracające, często uszkodzone maszyny. Później wraki były często rozbierane przez miejscową ludność, a ich elementy znajdowały różnorakie zastosowanie w gospodarstwach. 

Z kolei izotopowe czujniki oblodzenia weszły do użytku dopiero po II wojnie i wówczas po katastrofie maszyny z takim czujnikiem CLOR prowadziło poszukiwania. Instytucja ta zresztą często szukała zaginionych źródeł, utraconych podczas transportu, prac górniczych itp. 

Na szczęście źródła użyte w lotniczych czujnikach miały zwartą formię metalowego walca, więc były mniej prawdopodobnym źródłem skażenia, a generowana moc dawki rzędu 50 mR/h ułatwiała odnalezienie.

***

Inna opcja skażenia gleby i żywności? Porzucenie skradzionych materiałów radioaktywnych lub próba demontażu pojemnika izotopowego, co usiłowali zrobić mądrzy inaczej złodzieje z Poznania [LINK]. Skażenia usunięto razem z posadzką garażu, w którym otworzyli pojemnik i doprowadzili do rozsypania izotopu. Pozostałe źródła znaleziono... na polu. Szybka akcja ratownicza zapobiegła przedostaniu się izotopu do ziemi, co byłoby szczególnie niebezpieczne z uwagi na jego znaczną aktywność:

https://www.fakt.pl/wydarzenia/polska/poznan/zlodzieje-kobaltu-z-poznania-unikneli-napromieniowania/y896nkj

 Pamiętajmy też, że niektóre izotopy są łatwo rozpuszczalne w wodzie i bez problemu wejdą do obiegu materii w przyrodzie, szczególnie jeśli wykazują powinowactwo do pierwiastków przyswajanych przez rośliny (wapń, potas). Tak było podczas wypadku radiacyjnego w Goianii, kiedy chlorek cezu ze skradzionego źródła terapeutycznego uległ rozproszeniu i doprowadził do rozległych skażeń, a także wielu przypadków choroby popromiennej [LINK]. Inne źródła mają postać zwartych bloków metalu i dopóki nie zaczną korodować, nie powodują skażeń, jak miało to miejsce choćby podczas kradzieży w Tammiku.

***

Kolejny scenariusz to nielegalne składowiska odpadów medycznych lub zwykłe wysypiska śmieci, na które mogły trafić również przedmioty zawierające izotopy. Później wody opadowe prowadzą do wypłukiwania i roznoszenia się skażeń. I znowu, szansa, że będą to skażenia promieniotwórcze jest znacznie mniejsza niż w przypadku skażeń chemicznych, zarówno z odpadów, jak i z bieżącej działalności przemysłowej. Dobrym przykładem jest Zgierz, zwany często "polskim Czarnobylem", choć liczne zanieczyszczenia są typu chemicznego, a nie nuklearnego [LINK]. Zresztą w innych miastach również występowały zakłady przemysłowe o wybitnie trucicielskiej emisji, np. Huta Aluminium w Skawinie, zamknięta w końcu dzięki protestom społecznym. 

Pamiętajmy też, że poza Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku (dawniej Instytut Badań Jądrowy) i Krajowym Składowiskiem Odpadów Promieniotwórczych w Różanie Polska nie ma przemysłu jądrowego, który mógłby uwolnić do środowiska duże ilości radionuklidów. Odpady składowane w Różanie są nisko- i średnioaktywne, zaś solidne bunkry położone na wyniosłości terenu wystarczająco je zabezpieczają. Reaktor w Świerku ma małą moc i jest pod ścisłą kontrolą, a jego wieloletnia eksploatacja jak do tej pory nie spowodowała żadnego incydentu. Ewentualne wypadki mogłyby być spowodowane przy transporcie materiałów między w/w instytucjami a placówkami medycznymi czy naukowymi, ale znowu - nie byłaby to duża ilość i z miejsca zostałyby podjęte działania ratownicze. Transport takich materiałów zresztą podlega bardzo rygorystycznej kontroli i odbywa się z zabezpieczeniem ze strony służb. Znacznie bardziej obawiać się należy dzikich wysypisk śmieci, na których lądują nie tylko odpady domowe, ale również chemikalia niewiadomego pochodzenia, które następnie leżą tam dłuższy czas, jak ostatnio w Jabłonnie [LINK].

***

Ostatnią drogą są skażenia spoza granic naszego kraju. Pierwszym ich źródłem były masowe testy broni jądrowej w latach 1948-1963. Wprowadzenie traktatu o zakazie prób nuklearnych w atmosferze, w kosmosie i pod wodą [PNTBT] w 1963 r.  znacznie obniżyło wartość opadu spadającego na terytorium Polski

Skażenia były mierzalne, lecz bardzo rozproszone, gdyż nadlatywały z dużej odległości i ulegały rozcieńczeniu w powietrzu oraz były po drodze spłukiwane przez deszcze. Opad z bomb rozszczepieniowych jak wiadomo jest lokalny ale zawierający więcej wysokoaktywnych radionuklidów, z wodorowych - globalny, gdyż przedostaje się do stratosfery i wielokrotnie okrąża świat, jednak zawiera mniej produktów rozszczepienia szkodliwych dla ludzi. Obecnie skutki tamtych testów to 0,4% łącznej rocznej dawki otrzymywanej przez mieszkańca Polski. 

Drugim źródłem była katastrofa w Czarnobylu i ona znacznie poważniej naznaczyła nasze terytorium. Co prawda ilość uwolnionych materiałów była znacznie mniejsza niż przy setkach eksplozji jądrowych, ale źródło znajdowało się znacznie bliżej naszych granic, a układ wiatrów był przez większość czasu niekorzystny. Początkowo co prawda masy skażonego powietrza omijały Polskę i trafiły do Skandynawii, jednak 28 kwietnia dotarły i do nas - wtedy wykryła je stacja w Mikołajkach. Szczególnie silnie skażona została Opolszczyzna (tzw. anomalia opolska), gdyż doszło tam do opadów deszczu, spłukujących radionuklidy na ziemię. Poniżej rozkład skażenia cezem-137 na terytorium RP wg Atlasu radiologicznego Polski:

http://promieniowanie.blogspot.com/2017/04/skutki-czarnobyla-w-polsce.html

Skażenie było wówczas wyraźne i mierzalne, a dzięki nowoczesnej aparaturze o dużej czułości możemy je zmierzyć i dzisiaj, choć stężenie radionuklidów stale się zmniejsza zarówno dzięki rozpadowi promieniotwórczemu, jak i rozcieńczaniu w środowisku. Obecnie opad po Czarnobylu stanowi 0,2% łącznej dawki przyjmowanej przez Polaków w ciągu roku. 

https://slideplayer.pl/slide/3028671/

***

Tyle jeśli chodzi o możliwe scenariusze przedostania się skażeń do ziemi uprawnej, a stąd do płodów rolnych i organizmów zwierząt hodowlanych. Teraz pozostaje pytanie, czy warzywa uprawiane na glebie skażonej izotopami będą emitować moc dawki możliwą do zmierzenia kieszonkowym dozymetrem wyposażonym w typowy licznik GM. W laboratoriach skażenia produktów mierzy się zwykle po spaleniu próbki celem zwiększenia koncentracji izotopów, a pomiar przeprowadza w specjalnym ołowianym domku osłonnym, ograniczającym wpływ promieniowania tła.

Mierzone aktywności mają zwykle małe wartości i wymagają stosowania czułych detektorów - cienkościennych okienkowych liczników Geigera albo detektorów scyntylacyjnych w układzie bezokienkowym. W ten sposób mierzono skażenia grzybów w Polsce po katastrofie w Czarnobylu, które były znacznie mniejsze niż na terytorium Ukrainy i Białorusi.

Zestaw ZAPKS-1 używany do pomiaru aktywności skażeń, obok spektrometr.
Kadr z filmu instruktażowego "W pogodny dzień" (1976)

Na tych terenach poziom skażeń  naniesionych przez radioaktywną chmurę z Czarnobyla był tak duży, że do pomiarów mogły służyć  kieszonkowe radiometry z metalowymi licznikami GM, takie jak ANRI Sosna, RKSB-104 czy Pripyat' Przyrządy te miały specjalny tryb pomiaru aktywności skażeń, głównie cezu-137, a do zestawu była dołączana plastikowa kuwetka na badany produkt. 

Skażenia po Czarnobylu były pobierane przez z gleby rośliny, grzyby i zwierzęta, a także osiadały ze wzbijanego wiatrem i ruchem pojazdów opadu leżącego na ziemi. W takich warunkach nawet licznik SBM-20 o ściance 50 mg/cm2 zarejestruje promieniowanie mocno skażonej żywności, zwłaszcza że głównym skażeniem był łatwy w pomiarze cez-137, emitujący silne promieniowanie gamma (662 keV) i beta (512 keV). Porównanie skażeń w Europie z tymi w bezpośredniej okolicy płonącego reaktora zobaczyć możemy tutaj:

http://atom.chem.uw.edu.pl/lectures/AStrupczewski_wyklad7.pdf

Pomiar skażeń to jednak dopiero połowa sukcesu. Dochodzi jeszcze kwestia identyfikacji, czego dokonuje się albo na drodze spektrometrycznej, albo radiochemicznej. Pierwsza metoda zakłada pomiar spektrometrem gamma, który bada widmo promieniowania danej próbki i przedstawia na wykresie. Każdy izotop ma swoją charakterystyczną energię promieniowania (niektóre nawet kilka, np. kobalt-60: 1,17 i 1,33 MeV), zatem wystarczy szukać na powstałym spektrogramie odpowiednich pików (szczytów). Sytuacja komplikuje się w przypadku bardziej złożonego składu izotopowego danej próbki albo małych aktywności. Przy złożonym składzie poszczególne piki sumują się ze sobą, tworząc dodatkowy pik o energii będącej sumą obu składowych. Dużo zależy od czułości i rozdzielczości aparatury spektrometrycznej oraz stopnia wyekranowania tła naturalnego. Często wymagane jest wówczas radiochemiczne wyizolowanie poszczególnych radioizotopów, na następnie ich pomiar. Polega to na wykorzystaniu specyficznych dla danego nuklidu reakcji chemicznych np. polon selektywnie odkłada się na wypolerowanych miedzianych płytkach, które następnie mogą być mierzone detektorem scyntylacyjnym [LINK]. W obu wypadkach wymagana jest specjalistyczna aparatura oraz wiedza, jak jej używać.

***

Ostatnią kwestią jest obecność naturalnych izotopów promieniotwórczych w żywności, które mogą spowodować wzrost wskazań dozymetru, choć nie są szkodliwe dla zdrowia. Będzie to przede wszystkim potas-40, stanowiący 0,018 % potasu naturalnego, zawarty m.in. w bananach. Jego zawartość jest na tyle wysoka (choć nieszkodliwa), że powstała nawet obrazowa jednostka "bananowego równoważnika dawki" (banana equivalent dose, BED), stosowana często w dyskursie popularnonaukowym [LINK]. Innym źródłem mogą być orzechy brazylijskie czy kawa. 
Oczywiście do żywności mogą przenikać też izotopy naturalne, ale szkodliwe, np. polon-210, selektywnie wychwytywany z gleby przez tytoń. W glebie pojawia się na skutek naturalnych przemian izotopów z szeregu uranowo-radowego, które są zawarte w skałach, po czym koncentruje się w liściach, a jeszcze bardziej w wysuszonym tytoniu. Innym jego źródłem są porosty, którymi odżywiają się renifery w północnej Norwegii - w ich organizmach może dojść do znacznej kumulacji izotopu zgodnie z prawami łańcucha pokarmowego - występuje tzw. biomagnifikacja. Poniżej przykład z koncentracją rtęci, ale dla radioizotopów mechanizm jest ten sam:

https://stepstozerowaste.com/2019/12/01/bio-accumulation-bio-magnification/

Stąd też mięso drapieżników z terenów skażonych będzie wykazywało większą aktywność niż mięso roślinożerców i producentów. Wracając do samego polonu, jest on emiterem cząstek alfa, zatem nie da się go zmierzyć domowym miernikiem, przynajmniej w koncentracjach spotykanych w tytoniu i mięsie reniferów.

***

Podsumowując, domowy sprzęt dozymetryczny pełni funkcję głównie psychologiczną, pozwalając się upewnić, czy produkty, które spożywamy, nie są silnie skażone na skutek jakiegoś wyjątkowego zbiegu okoliczności. W przypadku jednak mniejszych koncentracji będzie on zupełnie nieprzydatny, a nawet może dawać poczucie złudnego bezpieczeństwa oraz wprowadzać w błąd, jeśli zmierzymy "napromieniowanie" (a tak naprawdę aktywność) bananów lub orzechów brazylijskich.  Niestety brak rzetelnej wiedzy oraz nakręcanie paniki przez media powoduje, że ludzie rzucają się na kieszonkowe dozymetry o małej czułości w przekonaniu, że uchroni ich to przed radioaktywnym skażeniem. Pamiętam dobrze panikę po awarii w Fukushimie (2011) oraz zwiększone zainteresowanie sprzętem dozymetrycznym przez pierwsze lata po tym wydarzeniu. Pytania kierowane do sprzedających koncentrowały się wokół promieniowania żywności, często jeszcze "z Japonii". Z drugiej strony oczywiście trudno się dziwić, że obywatel nie ufa władzy i oficjalne dane woli weryfikować, niestety popularne dozymetry nie są dobrym narzędziem do tego.
A teraz pytanie - czy komukolwiek udało się zmierzyć podniesiony poziom radioaktywności mięsa, ryb i innych produktów spożywczych za pomocą kieszonkowego dozymetru? A może podeszliście do sprawy profesjonalnie i urządziliście w domu laboratorium z ZAPKS-1 albo starym radzieckim zestawem radiometrycznym DP-100?