השפעת קרינה מייננת על מערכות ביולוגיות

הרחבה

 עתיד המין האנושי תלוי ביכולת ההתרבות ושמירת התכונות לא רק בקרב האנשים אלא גם אצל החיות והצמחים, ובאופן כללי בכל המערכות המסוגלות להתרבות. המערכת החיה והנושמת אותה אנו מקבלים כמובן מאליו, התפתחה למצב של יציבות בשיווי משקל דינמי עם אינטרקציות צפויות עם צמחים וחיות, עם היצורים המיקרוסקופיים והמַקרוסקופיים, עם מזהמים סביבתיים וגורמים אחרים המשפיעים על בריאות המין האנושי. מול נזקי בני האנוש על הסביבה, קיימת גם אפשרות להשפעה של גורמים סביבתיים נוספים על שיווי המשקל האקולוגי. ההשפעה (והנזק) יכולה להתבצע בשני מנגנונים: האחד השפעות סביבתיות על זרעי הצמחים בתחילת התפתחותם, והשני, ע"י שינוי בית הגידול (מזון, מזג אוויר וסביבה) של האורגניזם או הזרע, דבר המקשה על המשך ההתפתחות של כלל הדורות.

למרות שיש דוגמאות רבות בו מינים שונים נכשלו במלחמת ההישרדות, העניין המרכזי שלנו הוא דווקא באותם מינים שעדיין שורדים, ובמיוחד על השפעת הקרינה המייננת על בית הגידול האנושי בכלל ועל הזרע והביצית והמקבילות הצמחיות שלהן בפרט.

לאור השימוש הגובר והולך בחומרים רדיואקטיביים כתוצאה ממדיניות האנרגיה והאטום במיוחד במדינות מתפתחות, חלה עליה משמעותית בסיכון לאנושות כתוצאה מנזקי זיהום סביבתי.

במצב זה יש צורך גם להטיל אמצעי פיקוח נאותים על אותם ממשלות המשתמשות בתהליכים מזהמים לסביבה. חלקן אינן נותנות עדיפות מספקת לבריאות האזרח העומדת מול דרישות האנרגיה ההולכות וגוברות. מן הדין להפעיל אמצעי ניטור בזמן אמיתי ואת התוצאות לספק לאותם אנשים או קבוצות המושפעים ישירות מהזיהום הסביבתי. במצב אידיאלי כזה, כל אחד יוכל לדעת את גורמי הסיכון אליהם הוא חשוף כדי שיוכל להימנע מהם ככל הניתן ולספק פתרונות בזמן אמת. לצורך כך יש גם לשנות את סדרי העדיפויות הלאומיים במטרה לבסס הסכמה רחבה למען שיפור איכות הסביבה.

הגדרות

1.                       ABCC - הוועדה לבחינת אבדן בנפש כתוצאה מפיצוצים אטומיים

2.                       חלקיקי אלפא – גרעין אטום הליום המורכב משני פרוטונים ושני נויטרונים בעל מטען חיובי כפול (++) המשתחרר מגרעין אטום כבד בתהליך פירוק גרעיני. חלקיק אלפא הוא החלקיק האטומי הכבד ביותר המשתחרר בתהליך רדיואקטיבי.

3.                       חלקיקי בטא -  חלקיק יסוד בעל מטען שלילי (-), המשתחרר בחלק מהתהליכים הרדיואקטיביים ומאסתו זהה למסת האלקטרון.

4.                       קירי Curie  יחידת מידה לרדיואקטיביות. קירי אחד = 37 מליארד התפרקויות בשניה.

5.                       דוזה של קרינה Dose   כמות האנרגיה המועברת לחומר כתוצאה מהתפרקות רדיואקטיבית. 

6.                       ראד (Rad)  = 100 ארג (ergs) לגרם . גריי (GRAY) = 100 ראד.

7.                       רֶאם (Rem) = ראד כפול פקטור המרה ביולוגיQ  (כאשר עבור הקרינה האלקטרומגנטית ערך זה קרוב ל1 וערכו נמוך משמעותית עבור החלקיקים בטא ואלפא)  (Rem = rad x Q)

8.                       קרינת גמא – קרינה אלקטרומגנטית באורכי גל קצרים מאוד המשתחררת כתוצאה מהתפרקות גרעינית.

9.                       קרינת אקס (X-ray)  קרינה אלקטרומגנטית באורכי גל ארוכים יותר מקרינת הגמא. נוצרת כתוצאה ממעברים אלקטרוניים בין רמות האלקטרונים באטום.

10.                   זמן מחצית חיים ביולוגי – הזמן הלוקח לגוף לסלק חצי מהחומר הרדיואקטיבי שהוזרק לגוף.

11.                   זמן מחצית חיים פיזיקלי – הזמן הנדרש מחומר לאבד מחצית מהפעילות הרדיואקטיבית שלו בתהליך התפרקויות.

12.                   אנרגית יוניזציה -  אנרגיה הנבלעת באטום או מולקולה נייטרלית המספיקה  בכדי לסלק אלקטרון אחד מהקליפות באטום.

13.                   קרינה – שחרור והעברת אנרגיה דרך תווך ריק או דרך חומר או רקמות. בד"כ הכוונה לקרינה אלקטרומגנטית המסווגת על פי אורכי הגל מהארוך אל הקצר: גלי רדיו, קרינה אינפרא אדומה, אור נראה, אולטרא סגול, קרינת X , קרינת גמא וקרינה קוסמית.

14.                   קרינת רקע טבעית – שחרור קרינה ממקורות רדיואקטיביים טבעיים שאינם מעשה ידי אדם. בעיקר אורניום, רדון, אשלגן ועוד להם נחשפים בעיקר כורי מחצבים.

15.                   קרינת רקע – שחרור קרינה מחומרים רדיואקטיביים טבעיים כחלק מתהליכים תעשייתים, למשל חומרים שהשתחררו מהכור יחשבו קרינת רקע לאחר שנה אחת.

תהליך הביקוע

כדי להבין את הטכנולוגיה הגרעינית והשפעתה על בריאות האנושות, יש להסביר שלושה תהליכים המתרחשים ברמה האטומית: ביקוע, הפעלה ויוניזציה.

תהליך הביקוע הוא תהליך בו אטום אורניום או פלוטוניום מתפצל. תהליך זה אחראי לשחרור תוצרי ביקוע וכן תוצרי הפעלה. אלא יוצרים מצידם יוניזציה של אטומים נורמלים, הגורמת לתגובת שרשרת של תהליכים מיקרוסקופיים העלולים להתבטא כסרטן.

תוצרי ביקוע גרעיני נוצרים בכורים גרעיניים בעיקר ובהם חומרים המשמשים כאבני בניין בגוף האדם. הצורונים הרדיואקטיביים הללו היו נדירים ביותר לפני שנת 1943 ונמצאו במקומות כמו דרום אפריקה שם חל תהליך ביקוע ספונטני לפני 1700 מליון שנה. כאשר אטום אורניום עובר ביקוע או פיצול, הוא לא מתפצל תמיד באותה דרך. 2 תוצרי הפיצול הנקראים פרגמנטים, הם מן הסתם בעלי משקל מולקולרי נמוך מזה של האורניום. כל חלק מקבל חלק מהגרעין וחלק מהאלקטרונים של האטום המקורי. כשמונים חלקים שונים נוצרים כתוצאה מהפיצול, לכל אחד מהם תכונות כימיות ייחודיות. אולם בנוסף, כתוצאה מהפיצול משתחררת קרינה מייננת בהם קרינת X , חלקיקי אלפא, חלקיקי בטא וכן קרינת גמא ונויטרונים. קרינות אלו יוצרות תהליך יוניזציה שהוא העפת אלקטרון ממסלולו אל מחוץ למסלולי האטום. למעשה נוצרים בכל אירוע שני יונים: האלקטרון בעל המטען השלילי, וכן האטום שנטען חיובית כתוצאה מאיבוד האלקטרון.

המבנה האטומי של תוצר ביקוע אינו יציב. האטום בשלב כל שהוא ישחרר חלקיקים אשר יביאו את האטום בחזרה מצב היציב.  כל שחרור כזה של אנרגיה הוא למעשה סוג של פיצוץ בקנה המידה המיקרוסקופי. בכל תהליך כזה משתחררים 2 –3 נויטרונים, אשר מצידם עלולים לפגוע שוב באטום אורניום 235 ולהתחיל ריאקצית שרשרת של ביקוע.

העצמה של תגובת השרשרת היא כזאת שמסוגלת ליצור תוצרים אקטיביים נוספים. כך למשל כימיקלים באוויר או במים סופגים כמות כזאת של אנרגיה שהם הופכים בעצמם להיות רדיואקטיביים, ואלו ישחררו קרינה מייננת במהלך חזרתם למצב יציב. כ 300 חומרים רדיואקטיביים נוצרים במהלך תגובת שרשרת ולוקח עד עשרות אלפי שנים עד שהחומרים חוזרים למצבם היציב.

בכור הגרעיני, תהליך ההיתוך מתרחש בתוך מיכל מסגסוגת מגנזיום עם זירקוניום אשר בתוכו מוכנסים מוטות הדלק הגרעיני. מרבית תוצרי הלוואי מתהליך הביקוע נלכדים במוטות אולם חלקם נוצרים באוויר ובמים וכן בצינורות המקיפות את המוטות.  לאחר שנים של פעילות, לא ניתן להמשיך את פעילותו ויש לפרקו כליל כדי לבודד את הפסולת הרדיואקטיבית.

לאחר גמר השימוש, מכילים מוטות הדלק המשומשים פסולת רדיואקטיבית בכמויות הגבוהות מאות אלפי מונים מזו של אבן הגרניט למשל. מוטות משומשים אלו מהווים סכנה גדולה לביוספירה מאחר והם פולטים קרינת גמא חזקה אשר רק מיסוך המורכב מים ולוחות עופרת מסוגלים למנוע סיכון לאדם. מגע ישיר עם מוטות אלו משמעותן מוות מיידי.  ניתן למחזר את המוטות המשומשים ע"י המסת המעטפת בחומצה חנקתית מרוכזת וניצול הפלוטוניום להכנת נשק גרעיני או כדלק בכורים אטומיים המותאמים לשימוש בדלק זה. את השאריות בהם לא ניתן לעשות שימוש, ממסים בנוזל ומאפסנים בחביות פלדה או פחם, בתקווה שימצא פתרון טוב יותר עם הזמן כמו קבורה בטוחה או מיצוק השאריות כחומר קרמי. חומר זה חייב להישמר בבטיחות מכסימלית למשך מאות אלפי שנים. חומרים פחות מרוכזים ניתן לקבור במקומות המיועדים לקבורת חומר רדיואקטיבי. לעומת זאת, בניסויי קרקע של נשק אטומי, אין כלל אפשרות להישמר מפני שחרור חומרים רדיואקטיביים לאוויר. גם בניסויים תת קרקעיים יש שחרור של חומרים רדיואקטיביים אם כתוצאה ממנגנון הפיצוץ היוצר מכתש פתוח או כתוצאה מחלחול גזים לכודים דרך הקרקע החוצה לאטמוספירה או כתוצאה מחלחול חומרים רדיואקטיביים למאגרי מים תת קרקעיים אשר משמשים כמי שתייה. מקור נוסף לחומרים רדיואקטיביים זה מים המוזרמים מצינורות הכור אל הים כאשר החומרים הנפלטים נשטפים חזרה אל החוף או מרעילים את הדגים המשמשים מזון.

ניתן לומר כי בסופו של דבר הכורים הגרעיניים משחררים לאוויר למים ולקרקע, חומרים רדיואקטיביים כמו יוד, גזים אצילים, פחמן רדיואקטיבי, מים, פלוטוניום וכן היסודות הנמצאות מעל האורניום בטבלה המחזורית הנוצרים במהלך הביקוע. אין ספק כי בשלב מוקדם או מאוחר, גם כל אותם חומרים שאוחסנו בחביות או במעבה הקרקע ישתחררו אף הם, כחלק ממנגנון הטבע למחזר את הקרקע באופן מחזורי, אלא אם כן החומרים יארזו מחדש מדי תקופה.  אותם חומרים רדיואקטיביים המשוחררים לביוספירה, מגיבים עם חומרים אחרים כדי ליצור תרכובות מוצקות ויציבות, או תרכובות מומסות או תרכובות בעלות פעילות ביולוגית. ואלו מן הסתם יכנסו למחזור החיים של האדם באופן ישיר או עקיף ויגרמו לנזק לא הפיך כמקורות קרינה מסוכנת. חומרים אלו יכולים להיות מחוץ לגוף ועדיין לגרום לקרינה מייננת או יכולים להיות מוכנסים לגוף עם המזון, השתייה או הנשימה ולגרום לקרינה מתוך הגוף שהיא הרבה יותר מסוכנת, וזאת מאחר וכמעט כל הקרינה נבלעת בגוף כאשר קרינה זאת פוגעת ישירות מטווח אפס בתאים החיים ובאיברים רגישים ועדינים. יותר מזה, הם יכולים להתרכז באיבר מסוים ולהקרין אותו איבר במשך זמן מושך ובכך לגרום לו נזק גדול יותר באופן יחסי לשאר האיברים. ברפואה גרעינית למשל, בוחרים סמנים רדיואקטיביים שתכונתם הדומיננטית היא זמן מחצית חיים גרעיני ומטבולי קצר ביותר ומופרשים עם השתן תוך שעות. גז הרדון למשל, ממנו נפגעים בעיקר כורים במכרות אורניום, מתפרק במהלך חייו ליסודות בת כמו עופרת אשר מלבד היותה מקרינה, היא גם רעילה מבחינה ביולוגית לגוף. חומר זה ידוע כגורם נזק למוח גם אם אינו רדיואקטיבי. כך גם הפלוטוניום אשר תכונתו להקשר לעצמות בדומה לחומר הטבעי רדיום. אולם הפלוטוניום להבדיל, נמצא דווקא על שטח הפנים החיצוני של העצם, ומאחר ומנגנון ההקרנה מבוסס על שחרור חלקיקי אלפא, הנזק שנגרם לתאים הסמוכים לעצם גדול ביותר, בעוד שהרדיום חודר לתוך העצם באופן הומוגני ובכך יורדת מידת הנזק שנגרם מחלקיקי האלפא.  זה הופך את הפלוטוניום בגלל מנגנון הפעולה שלו, לחומר הרבה יותר מסוכן מבחינה ביולוגית ביחס לרדיום. רמת הפלוטוניום המותרת היא לכן מאוד נמוכה אולם עדיין יש ממצאים המצביעים על נזק גבוה מהצפוי עבור חומר זה. הבלתי צפוי שנגרם כתוצאה מחשיפה לפלוטוניום. לחומר הרדיואקטיבי השפעה בהתאם למיקום בו הוא נאגר בגוף. כך למשל חומר רדיואקטיבי הנמצא בעצם גורם לסרטן מח העצמות אולם חומר הנמצא בריאות גורם למחלות כלי הנשימה. חשיפה לקרינה מחומרים רדיואקטיבים דומה מבחינת הנזק לחשיפה לקרינה טבעית אולם זאת מאיצה את תהליך הזדקנות הגוף עוד יותר.

עצמת החדירה של חלקיקים רדיואקטיבים לתא החי

תוצרי ביקוע גרע