TARTALOMJEGYZÉK BEVEZETÉS, CÉLKITŰZÉS... 3 I. IRODALMI RÉSZ...

Átírás

1 TARTALOMJEGYZÉK BEVEZETÉS, CÉLKITŰZÉS... 3 I. IRODALMI RÉSZ... 5 I. 1. AZ IVÓVÍZ MEGJELENÉSI FORMÁI, IVÓVÍZBÁZISOK... 5 I Talajvíz... 5 I Rétegvíz... 6 I Karsztvíz és hasadék vizek Felszíni vizek... 6 I. 2. LAKOSSÁG IVÓVÍZELLÁTÁSA, IVÓVÍZFOGYASZTÁS... 7 I Vezetékes ivóvíz... 7 I Ásványvizek... 9 I. 3. IVÓVIZEK RADIONUKLID TARTALMA I. 4. IVÓVIZEK RADIOAKTIVITÁSA HAZÁNKBAN ÉS KÜLFÖLDÖN I. 5. IVÓVIZEK RADIONUKLID KONCENTRÁCIÓJÁRA VONATKOZÓ JAVASLATOK, ELŐÍRÁSOK I Vizek radon koncentrációjának mérése I Összes alfa-béta aktivitás koncentráció meghatározása I Izotópspecifikus meghatározás II. MÉRÉSI MÓDSZEREK II. 1. RADON MÉRÉS II Mintavétel II Mérés menete II. 2. ÖSSZES ALFA ÉS BÉTA AKTIVITÁS MEGHATÁROZÁSA II Mintavétel és mintakészítés II Mérés menete II Kalibráló források elkészítése II. 3. RÁDIUM MEGHATÁROZÁS II Mintaelőkészítés, dúsítás II Rádium meghatározása radon emanációval

2 II Ra aktivitás koncentráció meghatározása PERALS folyadék szcintillációs spektrométerrel II Po KONCENTRÁCIÓJÁNAK ALFA SPEKTROMETRIÁS MEGHATÁROZÁSA II Mintavétel, mintaelőkészítés II Alfa spektromeriai forrás készítése, mérése III. EREDMÉNYEK III. 1. MÉRÉSI MÓDSZEREK FEJLESZTÉSE III Összes alfa és béta aktivitás koncentráció meghatározása III Módszerfejlesztés 226 Rádium meghatározása során III Po koncentrációjának alfa spektrometriás meghatározása. Vizsgált módszerek, fejlesztésük III. 2. IVÓVIZEK MÉRÉSI EREDMÉNYEI III Délalföldi vizek III Palackozott ásványvizek III Balatonfelvidéki forrásvizek III Veszprém megyei vezetékes ivóvizek IV. MEGBESZÉLÉS IV. 1. DÉLALFÖLDI VIZEK FOGYASZTÁSÁTÓL EREDŐ EFFEKTÍV DÓZIS IV. 2. PALACKOZOTT ÁSVÁNYVIZEK FOGYASZTÁSÁTÓL EREDŐ EFFEKTÍV DÓZIS IV. 3. BALATONFELVIDÉKI FORRÁSVIZEK FOGYASZTÁSÁTÓL EREDŐ EFFEKTÍV DÓZIS IV. 4. VESZPRÉM MEGYEI VEZETÉKES VIZEK FOGYASZTÁSÁTÓL EREDŐ EFFEKTÍV DÓZIS V. IRODALOMJEGYZÉK VI. SAJÁT KÖZLEMÉNYEK JEGYZÉKE VI. ÖSSZEFOGLALÓ:

3 BEVEZETÉS, CÉLKITŰZÉS Napjainkban mind nagyobb figyelmet kap a lakosság természetes eredetű radionuklidoktól származó sugárterhelésének mérése és korlátozása. A Földön élő embert természetes és mesterséges forrásokból eredően átlagosan 3 msv év -1 dózisteljesítményű ionizáló sugárzás éri. Ebből 2,4 msv év -1 a természetes eredetű, melynek több mint fele az 238 U bomlási sorából származó 222 Rn-tól és leányelemeitől származik. Az emberi szervezet sugárterhelését okozó radionuklidok egy része melyeket a víz a tárlókőzetükkel történő érintkezése során kioldhat vízfogyasztással kerül a szervezetbe. Az ivóvízzel a szervezetbe jutott radionuklidokat a szervezet beépítheti így növelve a lekötött effektív dózis értékét. Napi folyadékbevitelünk átlagosan 2 liter, melynek egy része az ételekkel jut be szervezetünkbe, nagyobb része viszont ivóvíz vagy annak tea, üdítők formájában. Legelterjedtebb a vezetékes ivóvíz, kisebb hányadot képvisel a különböző kút- és forrásvíz fogyasztása. Az utóbbi időben egyre nagyobb tért hódít a palackozott ásványvagy ivóvizek fogyasztása, európai átlag [1] tekintetében 0,36 L nap -1 fő -1, de Észak- Itáliában [2] már 0,6 L nap -1 fő -1 értéket ért el. Napjainkban hazánkban is egyre nő a palackozott ásványvizek fogyasztása, közötti időszakban 6,5-szeresére emelkedett [3], 1999-ben 28 liter volt, míg 2000-ben már megközelítette a 40 literes átlagot évente [4]. Egyes elemzések szerint évesek a legnagyobb fogyasztók, kb. 18 százalékuk naponta iszik ásványvizet [1]. Az életszínvonal javulása során a társadalom egy rétege szinte csak ásványvízből elégíti ki napi ivóvíz szükségletét (amely 1 L nap -1 érték körül ingadozhat). Egyre népszerűbbek az ásványvizek felhasználásával készített üdítő italok is. Az ásványvíz népszerűségének okai közt említhető az egészséges táplálkozási szándék. A vezetékes ivóvizek folyamatos vízminőség ellenőrzés alá esnek beleértve a radiológiai minősítést is. Az ásványvizek esetén a radiológiai minősítést nem írják elő, így mindennapos fogyasztása figyelemre méltó sugárterhelést eredményezhet az esetleges magas radionuklid (természetes eredetű 226 Ra, 238 U, stb.) tartalma miatt. A magyarországi ivóvizek alfa aktivitásának zöme a 226 Ra-tól származik. A különböző országokban történt felmérések jól tükrözik, hogy az ásványvizek 226 Ra koncentrációja 3

4 sok esetben meghaladja a normál csapvizekben mérhető értéket [5, 6]. Hazánkban 62 város ivóvízének az OSSKI által végzett mérése alapján a 226 Ra koncentrációja mbq L -1 között változik, de csak három esetben haladja meg a 100 mbq L -1 értéket [7]. A növekvő ásványvíz fogyasztás révén a táplálékláncon keresztül egyre több 226 Ra izotóp kerülhet a szervezetbe. A rádium a csontokban (csontfelszínen) dúsul fel, s mivel fizikai és biológiai felezési ideje is meglehetősen hosszú (T f : 1620 év, T b : 45 év) a sugárterhelés járuléka sem elhanyagolható [8]. Amennyiben nagyobb mennyiségben kerül a 226 Ra a csontokba, megnövekedhet a éves lappangási idő után kialakuló rosszindulatú daganatok előfordulásának gyakorisága [9]. A sugárvédelem legfontosabb eleme a megelőzés, így óvakodni kell attól, hogy jelentős mennyiségű radionuklid kerüljön a szervezetbe és ott felhalmozódjon. Ezért lényeges a táplálék illetve az ivóvíz radionuklid koncentrációjának meghatározása és a nagy aktivitás koncentrációjú táplálékok kizárása. Mindezek alapján a hazai ivóvizek radiológiai minősítése fontos feladat, a magyar hatóságok a nemzetközi sugárvédelmi szervezetek ajánlásai alapján átveszik, illetve bevezetik ezeket a minősítési módszereket. A különböző mérési módszerek a technika fejlődésével szintén rohamosan fejlődnek, amelyekkel pontosítható az emberi szervezetet ért terhelés számítása. Munkám célja volt, hogy az ivóvízként szóba jöhető több mint 100 (vezetékes, kút, forrás, palackozott) vízminta radiológiai minősítését végezzem el a WHO által javasolt minősítési módszer szerint, továbbá. elvégezzem a minták főbb alfa sugárzó komponenseinek izotópspecifikus meghatározását is ( 226 Ra, 210 Po) különböző méréstechnikai módszerekkel célom volt továbbá, hogy a mérési eredmények alapján megbecsüljem az átlagos fogyasztás mellett a várható sugárterhelés járulékot. A cél elérése érdekében módszereket dolgoztam ki a legkorszerűbb mérőberendezésekhez a minősítés elvégzéséhez. Néhány zavaró tényezőt szisztematikus vizsgálattal meghatároztam és kiküszöböltem (pl. CaCl 2 zavaró hatása). Jó eredményeket értem el a méréstechnika egyik sarkalatos, a minta-előkészítés (dúsítás) terén, felhasználva egyéb tudományterületek eredményeit (nanoszűrés, szerves kémia). 4

5 I. IRODALMI RÉSZ I. 1. AZ IVÓVÍZ MEGJELENÉSI FORMÁI, IVÓVÍZBÁZISOK Magyarországon ivóvízként szóba jöhető ivóvízbázis típusokat különböztetünk meg, ezt a hidrológiában-hidrogeológiában jól ismert felosztást részletezem következőkben: Talajvíz Rétegvíz Karsztvíz Hasadékvíz Felszíni vizek A szolgáltatott ivóvíz mennyiségének csökkenése lehetővé tette, hogy a felszíni vizekből származó ivóvíz aránya a korábbi 12-15%-ról 5-6%-ra csökkenjen. A vezetékes ivóvíz közel 40%-a parti szűrésű, 30%-a mélységi, míg a fennmaradó részt talaj-, illetve karsztvíz készletekből elégítik ki [10]. I Talajvíz A felszín közeli, legfelső porózus vízadó képződményben tárolódó víz a talajvíz. Mivel a talajvízkészlet közvetlen kapcsolatban áll a meteorológiai folyamatokkal és a vízkörforgással, ezért a külső jelenségek jelentősen befolyásolják. A talajvizeket tovább osztályozhatjuk például a talajvíztükör elhelyezkedése szerint, vagy a talajvíz utánpótlódása szerint. Talajvízzel kapcsolatos hazai ásványvíz-előfordulások közé tartoznak a keserűvizek. Ilyenek a Nagyigmánd-Kocs közötti igmándi keserűvizek. Részben ugyancsak talajvízzel kapcsolatos a balatonfüredi szénsavas gyógyvíz. Ennek szén-dioxid tartalma a Balaton környéki pliocén vulkánosság utóvulkáni terméke, amely a törésvonalak mentén száll fel a mélyből és a talaj- illetve karsztvízzel keveredik. Hasonló szén-dioxidos ásványvíz előfordulás a kékkúti víz. 5

6 I Rétegvíz A rétegvizek nagy üledékes medencékben, a harmadidőszakban képződött homok-, homokkő- és réteges mészkőképződményekben találhatók. E rétegvizek nem kapnak közvetlen utánpótlást felülről, sőt nagy részük zárt, nincs kapcsolatban a vízkörforgással. A magyar medence kedvező geotermikus viszonyai és rendellenes átfűtöttsége következtében ezek az ásványvizek egyben hévizek is. Kifolyóvíz hőmérsékletük 35 C-tól egészen 100 C-ig terjed. Leghíresebb rétegvíz típusú ásványés gyógyvíz előfordulásaink a Nagyalföldön: Hajdúszoboszló, Debrecen, Gyula, a Kisalföldön: Győr, Mosonmagyaróvár, a somogyi medencében: Csokonyavisonta, Babócsa, Nagyatád, Barcs. I Karsztvíz és hasadék vizek Nálunk túlnyomórészt a triász időszaki karbonátos, mészkő és dolomit alkotta képződményekhez kötődik. E tömeges, nagy vastagságú repedezett-hasadékos képződmény felső rétege többé-kevésbé karsztosodott, így kitűnő vízvezető képességű. A felső méter alatti szakasz már nem mutat karsztos formákat, vagyis az alatt már nincsenek nagy üregek, barlangok, hanem csak különböző méretű repedések és kőzetrések. Helyenként azonban ezek a repedések is jó vízvezetők. Az országnak ugyan csupán 10 százaléka mondható karsztterületnek, az onnan származó vízmennyiség mégis jelentős, a teljes vízkészlet %-a. Ez csaknem teljes egészében az ivóvízellátásban hasznosul. A karsztvíz az összes víztípus közül a legjobb minőségű ivóvíz, ugyanakkor a legérzékenyebb is, ezért védelme kiemelkedő fontosságú. A legismertebb magyarországi karsztos, repedezett-hasadékos víz előfordulások a budapesti hévíz jellegű gyógyvizek, a hévízi, a harkányi, a miskolci, az egri, a mezőkövesdi, az esztergomi, a visegrádi, a szentendrei, a leányfalui, zalakarosi, igali hévizek Felszíni vizek Ide tartoznak a folyók, patakok tavak és ide sorolható a parti szűrésű vizek is, melyeknek nagy része szintén ezekből a vizekből áll. Magyarország felszíni vizeinek 6

7 96 %-a az ország határain kívülről érkezik. Ennek következtében a vízkészlet mennyisége és különösen minősége, döntő mértékben függ a többi országokban végrehajtott beavatkozásoktól. A felszíni vízminőség alakulásának egyik jelentős befolyásoló tényezője, hogy a települési szennyvízkezelés még mindig lényegesen elmarad a vízellátás szintjétől. A kis vízhozamú vízfolyások hígító és öntisztulási képességét már sokszorosan meghaladja a szennyezés mértéke. Parti szűrésű víz: A felszíni vízfolyást övező, azzal közvetlen kapcsolatban levő víztartó porózus kőzetek rétegeiből kiemelt víz. Ezen rétegek vize elsősorban a folyókból, kisebb mértékben a környező talajvízből származik. I. 2. LAKOSSÁG IVÓVÍZELLÁTÁSA, IVÓVÍZFOGYASZTÁS A poharunkba kerülő vizeket csoportosíthatjuk ásványianyag tartalom, előfordulási hely vagy fogyasztás szempontjából, azonban ezek a meghatározások nem rendelkeznek éles határvonallal. Az ivóvizek általános definíciója igen tág [12], miszerint nem tartalmazhat olyan anyagokat és élő szervezeteket, amelyek az emberi egészséget bármilyen módon károsíthatják. Tartalmaznia kell viszont mindazokat az életfontosságú ásványi anyagokat, amelyek a szervezet számára nélkülözhetetlenek. Az ásványvizek meghatározása kicsit összetettebb, az 1996-os ide vonatkozó törvény [13] értelmében ásványvíz minden olyan víz, amely legalább 1000 mg L -1 oldott ásványi anyagot tartalmaz vagy mg L -1 közötti ásványi anyag tartalom esetén nátriumtartalma kisebb 100 mg L -1 -nél és a táplálkozás-fiziológiai szempontból megfelel az előírtaknak. Fogyasztás szempontjából megkülönböztetünk: Vezetékes ivóvizeket, Kútvizeket, forrásvizeket valamint Palackozott ásványvizeket. I Vezetékes ivóvíz A bevezetőben említett adatok alapján Magyarországon a hangsúly még a vezetékes ivóvíz fogyasztáson van. Az ivóvizek minőségének szabályzását vízügyi 7

8 törvény rögzíti, és hosszú távon is betartandó szempont a lakosság ivóvízszükségletének prioritása a többi vízhasználattal szemben. Mivel vezetékes ivóvizet nemcsak ivásra, főzésre használjuk, hanem mosásra, fürdésre stb., így mindamellett, hogy ki kell elégíteni az emberi fogyasztásra alkalmas minőségi igényeket, elegendő mennyiségben is kell rendelkezésre állnia az egyéb felhasználások miatt. A lakossági vízigényeket közvetlenül a lakosság száma, a tényleges vezetékes vízzel való ellátottság mértéke, és az egy főre jutó átlagos vízfogyasztás határozza meg. A kilencvenes években több tucat elsősorban kis lélekszámú településen valósították meg a vezetékes vízellátást (1. ábra), és az ellátott lakosok száma több százezerrel nőtt. Ennek ellenére az elmúlt tíz évben a fogyasztott ivóvíz mennyisége országos átlagban 35-40%-kal csökkent. A fogyasztás csökkenésének oka elsősorban a víz árának drasztikus növekedése volt. Az Országos Vízügyi Főigazgatóság (OVF) vízközmű-adatai szerint a vezetékes ivóvízzel rendelkező háztartásokban az egy főre jutó vízfogyasztás kevés kivételtől eltekintve eléri, illetve többségében meghaladja az Európai Unió (EU) minimális vízfogyasztásra ajánlott értékét (70 L fő -1 nap -1 ). 1. ábra Vízmű telepek Magyarországon 8

9 I Ásványvizek Az ásvány- és gyógyvizek eltérő fizikai és kémiai tulajdonságaik révén különböznek a hagyományos ivóvizektől. Miután az ásvány- és gyógyvizek számos összetevőt tartanak oldatban, élettani-biológiai hatásukat nem lehet egyetlen hatóanyagra visszavezetni. Hatásuk összetett, annak az anyagnak hatása érvényesül legjobban, amelynek relatív mennyisége uralkodó az ásványvizekben. Az ásványvízfogyasztás egyre népszerűbb Magyarországon, a palackozott és egyéb ásványvizek fogyasztása dinamikusan növekszik annak ellenére, hogy az alaposabb elemzések rámutatnak arra, hogy nem mindenkinek és nem mindegyik ásványvíz fogyasztása mondható egészségesnek. Vannak korlátozottan ajánlhatók [11], amelyeket pl. kalciumos kőképződésre (vesekő, epekő) hajlamosaknak nem célszerű fogyasztani, lehetnek enyhe hashajtó hatásúak, esetleg magas fluor- vagy bórsavtartalmúak, amelyek csak korlátozott mennyiségben ajánlhatók. Még hosszan lehetne részletezni a különböző betegségek esetén javasolt, illetve ellenjavasolt ásványvizeket, bár találkozhatunk egymással ellentmondó véleményekkel is. Az ásványvizek ásványianyag koncentrációja jóval nagyobb lehet, mint a szokásos ivóvizeké. A különböző ásványvizek a különböző sókat a tárlókőzetekből oldhatják be, ezért fontos ismerni a vízbázisok geológiai hátterét. Hazánk felépítésében két nagy egységet különböztetünk meg: az őskori-, ókori kristályos alapépítményt és a rátelepült fiatalabb, középkori-, harmad- és negyedkori felépítményt. Az alapépítmény alkotja a merev medencealjzatot és az alaphegység részleteket. Ez az alapépítmény átkristályosodott, nagy nyomás és hőmérséklet következtében átalakult kőzetekből áll. Ilyen kőzetek az agyagpala, kvarcit, gneisz. Hazánkban nyugati határvidékünkön, a Balaton északi partvidékén, a Velencei-hegységben fordulnak elő. Az alaphegység nagyobb részét azonban fiatalabb földtani alakulatok fedik változó vastagságban. E felépítmény fontos építőeleme a földtörténeti középkorban keletkezett, helyenként a méter vastagságot is meghaladó karbonátos, vagyis mészkő és dolomit alkotta kőzetösszlet. Vízföldtani szempontból a kemény, kristályos kőzetek alkotta alaphegység-részletek kedvezőtlen adottságúak. A legtöbb alaphegységbeli kőzet vízzáró, vízrekesztő tulajdonságú, s gyakorlatilag nem vehető számításba. Kivételt néhány karbonátos, erősen repedezett ókori kőzet képez. A harmad- negyedkori időszaki mészkő- és 9

10 dolomittömeg hatalmas ásvány-, hévíz- és gyógyvízkészletet zár magába. A karsztosodás, repedezettség következtében sok helyen kitűnő vízadó képesség jellemzi, s ezért gyakorlati szempontból is az egyik legnagyobb jelentőségű ásványvíztároló rendszernek tekinthetjük. Az ásványvizek összetétele és jellege változatos. Magyarországon általános osztályozás szerint nyolc fő csoportot különböztetünk meg: savanyú vagy szénsavas, alkalikus, kénes, földes-meszes, keserűsós, konyhasós, vasas, jódos-brómos. E nagy változatosság oka az ásványvíz-keletkezés és -kialakulás összetett, bonyolult körülményeiben keresendő. Jóllehet a földtani viszonyok meghatározó szerepet játszanak, de számos fizikai, vegyi és biológiai tényező is közrejátszik. Ásványvizeink jelentős része közvetlen, vagy közvetett kapcsolatban áll a vízkörforgással, az úgynevezett hidrológiai ciklussal. A vízkörforgás a párolgás, a csapadék, a beszivárgás, a földfelszín alatti áramlás és tárolás és a felszíni lefolyás bonyolult folyamatát jelenti. A Föld felszínére hulló csapadék kis mennyiségű szilárd alkotórészt tartalmaz. Összetétele helyenként, évszakonként is változik. Fő alkotórészei a nátrium, a kálium, magnézium, kalcium, klorid, hidrogén-karbonát, szulfát, szén-dioxid és nitrogén, ph 5,7. A földbe szivárgott víz reakcióba lép a talaj és a kőzet ásványaival, és megindul a felszín alatti víz ásványtartalmának átalakulása. A csapadékvíz által feloldott ásványi anyag mennyisége és jellege az érintkező befogadó kőzetek vegyi alkatától, összetételétől, kőzetfizikai tulajdonságaitól, a környezeti hőmérséklettől, a nyomásviszonyoktól, az érintkezés időtartamától, a már oldatban levő anyagoktól, a hidrogén-ion koncentrációtól és a redoxipotenciáltól függ. A víz oldóképességét külön elősegíti az oldott szén-dioxid tartalom, amely részint a levegőből, részint a talajban végbemenő szerves bomlásból vagy egyéb forrásból származik. I. 3. IVÓVIZEK RADIONUKLID TARTALMA A vizek radioaktivitásának és feldúsulásának okai sokrétűek, azok geológiai, hidrogeológiai, fizikai, kémiai folyamatok komplex hatásától függnek. A felszíni vizek 10

11 radioaktivitása általában jóval kisebb a felszín alatti vizek radioaktivitásánál. Ez azzal magyarázható, hogy a felszín alatti vizek hosszú ideig érintkeznek a tárló kőzeteikkel, amelyekből jelentős mennyiségű radionuklidot oldhatnak ki. A felszín alatti vizek és kőzetek aktívanyag tartalma között dinamikus egyensúly van, amit éppen a vízmozgás segít elő, miközben oldódás, oxidáció, kicsapódás és számos más folyamat játszódik le. A természetben előforduló 238 U, 232 Th és 235 U bomlási sor elemei adják a kőzetek, illetve a velük érintkező vizek radioaktivitásának nagy részét. A radionuklidok kioldódását a kőzetekből nagyban befolyásolja a víz ph-ja pl. savas közegben [8] könnyen kioldódhat az urán, rádium, polónium. Ezeket kísérleti tapasztalatok is igazolják. A radionuklidok migrációját, az ivóvizekbe jutását a fizikai, kémiai paramétereken kívül még az is befolyásolhatja, hogy ezek az anyagok élő szervezetek anyagcseréjébe bekapcsolódhatnak, így a forrásuktól viszonylag távoli pontra is eljuthatnak. Az urán általában a jól migrálódó nuklidok közé tartozik, hiszen sok vízoldható vegyülete van, szemben a tórium vegyületeivel. Ezzel magyarázható, hogy a felszín alatti vizekben a tórium koncentrációja rendszerint elenyésző. A bomlási sorok elemei megfelelő körülmények között radioaktív egyensúlyban vannak egymással. Ennek az egyensúlynak a megbomlása akkor következhet be, ha a bomlástermékek migrációja eltérő. Ez leginkább a rádium bomlásakor észlelhető, amikor a keletkezett radon elillan a rendszerből, de az 234 U és 238 U izotópok aránya is megbomolhat ami a kristályrácsból való kiszabadulásra bizonyíték. A leányelemek kiszabadulását a visszalökődési elméletek jól magyarázzák. Itt megkülönböztetünk direkt és indirekt visszalökődést. Az indirekt visszalökődés során az anyaelem bomlásakor a leányelem közvetlenül bejut a pórusokba, bár ennek kicsi a valószínűsége, hogy a leányelem épp a pórusban áll meg. Nagyobb a valószínűsége, hogy a környező szemcsébe csapódik be. Ha a pórustér vízzel fel van töltve a leányelem ott lefékeződik és a pórusvíz áramlásával jut tovább. Az alfa bomlást követően keletkezett új atommag vízoldhatósága megnő, mivel egyrészt az eredeti kristályrács szerkezetből kilökődik, valamint eltérő kémia jellege miatt. Ezen kívül a radionuklid koncentrációt a vizek hőmérséklete is befolyásolja, a nagyobb hőmérsékletű vizek nuklidtartalma is nagyobb. Ez alól kivételt képez a radon, mely gáz lévén nagyobb hőmérsékleten kisebb oldhatósággal rendelkezik. 11

12 Megállapítható, hogy a vizek radionuklid tartalmát általában a különböző természetes bomlási sorok leányelemei okozzák, ezek közül 226 Ra és leányeleme a 222 Rn a leggyakrabban előforduló radionuklid. Ezek mellett azonban meg kell említeni a 210 Pb-et, amely szintén feldúsulhat az ivóvizekben illetve anyaelemét a 210 Po-ot. Ezeken kívül 40 K, 3 H, 14 C is jelen lehetnek, de legtöbbször igen kis koncentrációban fordulnak elő, így nem okoznak jelentős sugárterhelést. I. 4. IVÓVIZEK RADIOAKTIVITÁSA HAZÁNKBAN ÉS KÜLFÖLDÖN Napjainkban az egészség védelme egyre kiemelkedőbb szerepet kap. Az élelmiszerek biztonságára, ezen belül a napi rendszerességgel jelentős mennyiségben fogyasztott vizek radiológiai vizsgálatára világszerte nagy hangsúlyt fektetnek. Ebben a témában megjelent közlemények közül néhányat a 1. táblázat tartalmaz. I. 5. IVÓVIZEK RADIONUKLID KONCENTRÁCIÓJÁRA VONATKOZÓ JAVASLATOK, ELŐÍRÁSOK A WHO [19] és az EU [20] fontosnak tartja a lakosság sugárterhelésének korlátozását. A sugárvédelmi szervezetek ajánlása alapján a magyarországi rendeletek [53] 1 msv év -1 effektív dózisban korlátozzák a lakosság sugárterhelését (melybe nem tartozik egyes természetes radionuklidok okozta sugárterhelés). A nemzetközi ajánlások szerint, ez csak akkor tartható, ha egy-egy forrásból eredő sugárterhelés nem éri el a 0,1 msv év -1 dózist. Az ivóvizeket minden lakos viszonylag nagy mennyiségben fogyasztja (ivásra, főzésre), így a vizek radionuklid koncentrációja alapvetően hozzájárul a lakossági sugárterheléshez. A WHO javaslata értelmében melyet az EU is átvett a lakosság az ivóvizek radionuklid koncentrációjától nem kaphat 0,1 msv év -1 értéknél nagyobb dózist, mely érték nem tartalmazza a 40 K és a 222 Rn-tól származó sugárterhelést. Ehhez előzetesen teljesülnie kell annak, hogy az összes alfa aktivitásnak 0,1 Bq L -1, az összes béta aktivitásnak pedig 1 Bq L -1 aktivitás koncentráció alatt kell maradnia. Ennél nagyobb értékeknél izotópspecifikus méréseket kell végezni és ezek alapján kell pontosítani a dózist, pl. 226 Ra esetén a WHO adatait figyelembe véve a 630 mbq L -1 12

13 értéket nem szabad meghaladnia, de más izotópok jelenléte esetén ez arányosan csökken. A radonra külön ajánlást készítettek, mely szerint a 100 Bq L -1 radon koncentráció alatti vizek minden beavatkozás nélkül fogyaszthatók. 1. táblázat Néhány ország ivóvizének radon és rádium tartalma Helyszín Svédország [14] Víz típusa Vezetékes ivóvíz Kútvíz (ásott, fúrott) 222 Rn [Bq L -1 ] átlag Ra [Bq L -1 ] Svédország [15] Kútvíz ,001-0,25 Svédország [16] Kútvíz ,005-0,2 Finnország [17] Vezetékes víz átlag 24,8 átlag 0,0037 Finnország [23] Kútvíz ,01 Ausztria [18] Palackozott ásványvíz 3,7-37 <0,048 Ausztria [50] Palackozott ásványvíz 0, ,020-0,225 Spanyolország [41] Palackozott ásványvíz 0,06-1,86 Bulgária [42] Palackozott ásványvíz 0,392 Franciaország [42,51] Palackozott ásványvíz 0,037-0,96 Franciaország [52] Forrásvíz 0,75-2,28 Görögország [42] Palackozott ásványvíz 0,237 Szlovénia [21, 43] Forrásvíz 0,05-75 <0,51 Brazília [44] Forrás és ásványvíz 0,37-0,63 Anglia [45] Forrásvíz 0,37-0,53 Horvátország [6] Forrásvíz 0,104-3,2 Magyarország [24, 46] Palackozott ásványvíz 0,005-2,96 Magyarország [7] Vezetékes ivóvíz 0,31-11,2 0,043 Magyarország [47] Forrásvíz ,62-1,68 Magyarország [48] Forrásvíz ,15 Mexikó [40, 49] Vezetékes víz átlag 27,3 Németország [51] Palackozott ásványvíz 0,003-1,8 Hazánkban az ivóvizekre jelenleg érvényben lévő MSZ 1989/62/1 számú szabványban rögzítették a különböző határokat. A radiológiai minősítések során a mérendő mintáról el kell dönteni, hogy a minősítésben megszabott határérték alatt vagy fölött található. A legtöbb szabályozás 13

14 általában valamilyen egyszerű és gyors mérési módszert ír elő a minta összes aktivitásának mérése érdekében, ez a legtöbb esetben összes alfa-béta mérést jelent, de kényelmi okokból néhányan gamma sugárzás méréséből származtatnak. Ez utóbbi természetesen csak erősen tájékoztató jellegű, hiszen a tisztán alfa sugárzó nuklidokat nem detektálja. A nemzetközi ajánlások többek között pl. a WHO által javasolt és az EU által is átvett minősítési folyamat a 2. ábrán látható. Összes alfa és béta aktivitás meghatározása Össz. alfa < vagy = 0,1 Bq/L és Össz. béta < vagy = 1 Bq/L Össz. alfa > 0,1 Bq/L vagy Össz. béta > 1 Bq/L Izotópspecifikus meghatározás és teljes dózisbecslés szükséges Dózis < vagy = 0,1 msv/év Dózis > 0,1 msv/év Víz fogyasztható: további intézkedés nem szükséges Meg kell fontolni a lehetséges dóziscsökkentõ eljárásokat 2. ábra Ivóvizek radiológiai minősítési folyamata A magyarországi vízminősítési szabvány is először a vizek összes alfa-béta sugárzás mérését írja elő. A mérés hátránya, hogy nem izotópspecifikus, tehát magasabb aktivitás koncentrációt mérve az izotópspecifikus mérés elengedhetetlen. Az összes alfa-béta sugárzás mérésre mivel ez a minősítések alapja általában elég sok mérési módszert ill. készüléket fejlesztettek ki, de általában elmondható, hogy a legtöbb problémát a környezeti minták alacsony aktivitás koncentrációja okozza. Ahhoz, hogy elérjük az érvényes kimutatási érzékenységet általában nagy mennyiségű vízmintából kell 14

15 kiindulni, mely természetesen magában hordozza a minták prekoncentrációjának szükségességét is. A prekoncentrálással kapcsolatban méltán elvárhatjuk, hogy a dúsítás után kapott un. mérőminta az eredeti mintával arányosan tartalmazzon radionuklidokat, vagy pedig pontosan ismerni kell az egyes izotópokra vonatkozó dúsítási hatásfokát. A dúsítási módszereket általában meghatározza a későbbiekben alkalmazott mérési módszer, illetve az hogy összes béta vagy összes alfa aktivitást akarunk meghatározni. A továbbiakban a vízminták radiológiai minősítési ábráját követve mutatom be az egyes lépések során alkalmazható eljárások összefoglalását és azok vázlatos elméleti hátterét. I Vizek radon koncentrációjának mérése A radon kémiai tulajdonságánál fogva vízben rosszul oldódik, azonban ez a viszonylagos rossz oldódás is jelentős aktivitás koncentrációt jelent. Mindez magyarázhatja azt a tényt, hogy ivóvizek radon koncentrációját szinte minden országban sok kutató vizsgálja [21-23, 25-36]. A radon mérése számos detektálási technikával megoldható. Ezek összefoglalása meghaladná ennek a dolgozatnak a kereteit, így csak néhány ismertebb módszert említek meg. A legelterjedtebb típusú vízradon monitorozási eljárásoknál a radont a vízből kibuborékoltatják, majd az így keletkezett mintát radondetektorral mérik. Radondetektorként gyakori a ZnS-os szcintillációs Lucas cella [21, 30], az ionizációs kamrás vagy félvezető detektoros radon detektor. Egyre elterjedtebbek a folyadékszcintillációs elven működő egyszerű vízradon mérő berendezések [32-36], néhányan a gamma spektrométerrel történő mérési módszert alkalmazzák [27, 37]. 15

16 I Összes alfa-béta aktivitás koncentráció meghatározása I Prekoncentrálás, dúsítás A környezeti vízminták mérése előzetes koncentrálás nélkül nem lehetséges, így az egyik legfontosabb, meghatározó lépés a mérendő izotópok dúsítása. Ez leggyakrabban bepárlással, csapadékképzéssel, extrakcióval vagy ioncserével történik. Bepárlás Az egyik leggyakrabban alkalmazott dúsítási eljárás [38, 39, 98]. Széles körben elterjedt minta-előkészítési módszer a gamma spektrometriás meghatározásoknál, összes alfa béta meghatározásnál és rádium radon emanációval történő mérésénél. Az eljárásnak előnye egyszűrsége és az alacsony megvalósítási költsége. Hátránya, hogy viszonylag időigényes és a dúsítás hozama pl. szárazra párlásnál inkább csak becsülhető. Csapadékképzés Szintén széles körben alkalmazott technika. Itt általában nemcsak a radionuklid együttleválásásról van szó, hanem a keletkezett csapadék felületén fizikai adszorpció is lejátszódik. A csapadékképzés során leggyakrabban a vízmintához valamilyen inaktív hordozót adnak, amely kémiai tulajdonságait tekintve hasonlít az adott radionuklidra (általában annak inaktív nuklidja) majd oldhatatlan csapadékot képeznek vele. A minta ezek után ülepíthető vagy szűrhető. Az összes alfa és béta meghatározásra különböző többkomponensű inaktív hordozós módszereket fejlesztettek ki. Az 2. táblázatban a legelterjedtebben alkalmazott Dannecker, Kniefer és Maushart [39] által kimondottan sugárvédelmi célból kidolgozott dúsítási eljárás esetén kapott kémia kitermelési hatásfokok láthatók. 16

17 2. táblázat Dannecker, Kniefer és Maushart csapadékképzéses dúsítás hatásfokai Nuklid Kémiai hatásfok (%) 137 Cs K Ru Co I Sr- 90 Y Tl Sb Ce P Ir 40 U hasadási term. átlagérték Nedves kihullási termékekre Extrakció Az ionszelelektív extrahálószerek intezív kutatása következtében a prekoncentrálásban egyre nagyobb szerepet kap ez a módszer. Legelterjedtebb a folyadék-folyadék extrakció. Az extrakció során a megoszlási hányadosok különbségét használják ki. Általában valamilyen szerves fázisban jól oldódó komplexképzőt alkalmaznak. Szinte az összes ionra kifejlesztettek valamilyen szelektív és nagy hatásfokú eljárást. A módszer egyszerű és nagy szelektivitás érhető el. Összes alfa aktivitás koncentráció meghatározására kifejlesztettek egy Alphaex nevű szerves vegyületet, amelyet általában toluolban oldva alkalmaznak [35] és a vizekben lévő alfa sugárzó nuklidok 95 % át képes extrahálni. I Összes alfa és béta sugárzás meghatározása Az előzőekben leírtak szerint az összes alfa béta meghatározás nagyon fontos kezdeti lépés a radiológiai minősítésben, ezért ennek mérésére számos eljárást és különböző mérési elveken működő berendezéseket fejlesztettek ki. 17

18 Legelterjedtebbek: Gázionizációs detektorok Szcintillációs detektorok Félvezető detektorok Gázionizációs detektorok Régebben a leggyakrabban alkalmazott berendezések az egyszerű GM csövek vagy proporcionális számlálók voltak, melyek a magas kimutatási határ miatt a legtöbb esetben nem felelnek meg környezeti minták mérésére, összes alfa aktivitás meghatározására pedig használhatatlanok. Napjainkban a legelterjedtebben összes alfa-béta aktivitás koncentráció mérésére alkalmazott berendezés az alacsony hátterű gázátáramlásos proporcionális számláló. A mérés elve hasonló a GM csöves berendezésékhez, de ebben az esetben a katód illetve anód nem ritkított térben helyezkedik el, hanem egy jól meghatározott összetételű gázkeveréket áramoltatnak az anód illetve katód között és a minta által keltett ionizáció mérhető. Szcintillációs detektorok Sokféle működési elvet takar ez a kifejezés. Ide sorolhatók a különböző folyadékszcintillációs számlálók [34, 36], a ZnS-dal bevont, valamint a CsI detektorok, amelyek akár alfa spektrometriás célokra is alkalmazhatók. Ugyancsak ilyenek a különböző béta plasztik detektorok. Az általam alkalmazott NDI detektor is egy szendvics béta plasztik-zns detektorfejet tartalmaz. Az ilyen típusú berendezések versenytársaivá válhatnak a gázátáramlásos berendezéseknek, hiszen áruk és működtetésük sokkal olcsóbb. Bár a kimutatás nagyobb aktivitást igényel, de egyszerűek és alkalmasak gyors rutinmérésre. Félvezető detektorok A felvezető detektorok összes alfa béta aktivitás koncentráció meghatározására kevésbé elterjedtek valószínűleg a detektorok magas ára miatt. A felületi passzív réteges detektorokkal mind a béta, mind az összes alfa intenzitás meghatározható. 18

19 I Izotópspecifikus meghatározás Az 2. ábra szerint abban az esetben, ha az összes alfa vagy béta aktivitás a határértéket meghaladja, akkor izotópspecifikus meghatározás szükséges. Erre a következő mérési módszerek adhatnak megoldást: alfa spektrometria (minden izotópra külön módszert kell kidolgozni, bonyolult forráskészítés), gamma spektrometria (abban az esetben, ha az izotópnak vagy valamelyik leányelemének van mérhető gamma sugárzása), speciális esetben alkalmazható módszerek (radon emanáció mérésén keresztül a rádium mérése), UV és egyéb fotometriás eljárások (csak nagy kémiai koncentrációk esetén alkalmazható, nem izotóp specifikus és csak állandó izotóparány esetén alkalmazható), szelektív elválasztás után az egyes izotópok akár egyszerű számlálókkal is meghatározhatók pl. folyadékszintillációval 210 Pb, 3 H, 14 C, 226 Ra, TIMS (Thermal Ionization Mass Spectroscopy), ICP-MS (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry) ez nagyon szelektív elválasztást követel meg, ami sok esetben nagyon nehéz pl. Ra/Ba elválasztása. I Alfa spektrometria Az alfa sugárzók meghatározására legcélszerűbb az alfa spektrometria, viszont az általában hosszadalmas és bonyolult minta előkészítési módszer miatt nem kedvelt. Az alfa spektrometrián belül megkülönböztetünk különböző módszereket a sugárzás detektálása alapján: Mágneses spektrométerek Ionizációs kamrás spektrométerek Szcintillációs spektrométerek Félvezető detektoros spektrométerek 19

20 Mágneses spektrométerek A módszer alapja, hogy mágneses térben az α-sugárzás elhajlik, az elhajlás mértéke az adott mágneses térben a sugárzás energiájától függ. A becsapódás helyét fotoemulziós lemezen rögzítik. Előnye a rendkívül jó felbontás, hátránya, hogy kis aktivitások mérésére nem alkalmas, inkábban az α-sugárzó nuklidok energiájának, relatív mennyiségének meghatározására használható. Ionizációs kamrás spektrométerek Az α-részecskék nagy ionizáló képességén alapul. Az egyszerű ionizációs kamráknál a szóródás miatt rossz az energia felbontás. Egy vagy két rácsot behelyezve a zavaró hatások (szóródás, pozitív ionok) jelentősen csökkenthetők, s így javul a felbontás és csökken a háttér is. Szcintillációs spektrométerek A mérés a klasszikus szcintillációs mérési elveken alapszik. A szilárd szcintillátorok közül a NaI(Tl) lenne a legalkalmasabb, de a higroszkópos tulajdonsága miatt szükséges burkolat már elnyeli az α -részecskéket, így a gyakorlatban a CsI(Tl) terjedt el. Jól beváltak a folyadékszcintillációs spektrométerek. A mérés során a szcintillátor koktélba kell juttatni az alfasugárzó izotópot. Itt két módszer ismeretes a vízzel elegyedő illetve nem elegyedő koktélt alkalmazó eljárás. A vízzel elegyedő koktélok alapja dioxán, melynek hátránya a gyengébb felbontás és hatásfok. A vízzel nem elegyedő koktél esetén általában valamilyen ionszelektív extrahálószerrel először extrahálják a mérendő nuklidot. A folyadékszcintilláció előnye a gyakorlatilag 4π geometria miatt a jó mérési hatásfok, az alacsony háttér, hátránya azonban a viszonylag gyenge energiafelbontás, illetve csak színtelen, zavarosodás mentes oldatok vizsgálhatók közvetlenül. Félvezető detektoros spektrométerek A félvezető detektorok megfelelő kialakítás esetén alkalmazhatók az alfa részecskék detektálására és energia-eloszlásuk is meghatározható. Felbontásuk egy nagyságrenddel 20

21 jobb a szcintillációs spektrométereknél (5 MeV-nál 0,3-0,5%), üzemeltetésük egyszerűbb az ionizációs kamráénál, időben stabilak. A módszer hátránya a bonyolult mintaelőkészítés és forráskészítés. Mivel a mérés vákuumban történik, így illékony minták nem vizsgálhatóak. 21

22 II. MÉRÉSI MÓDSZEREK II. 1. RADON MÉRÉS A radon mérésnél a szakirodalomból jól ismert módszert vettem át [54-56]. A radon rázkódás hatására könnyen eltávozik a vízből, ezért a méréseket célszerű közvetlen a mintavétel helyén elvégezni. II Mintavétel Mivel a radon felezési ideje 3,8 nap, így el kell kerülni a pangó vízből történő mintavételt. Folyamatosan működő kutaknál ez nem jelentett problémát, de a mintavétel céljából megnyitottaknál a csőszakaszban hosszabb ideje álló vizet előzetesen ki kellett engedni. A talpmélység, csőátmérő illetve vízhozam függvényében megállapítható az adott vízre jellemző radonkoncentrációjú vízminta vételének ideje. A palackozott ásványvizeknél nincs értelme radonméréseket végezni, mivel egyrészt a palackozástól a fogyasztásig általában több mint egy hónap telik el, így a radon gyakorlatilag lebomlik, másrészt a palackozás előtt általában alkalmazott vastalanítás során ami gyakorlatilag intenzív levegőztetést jelent a radon nagy része eltávozik. Állandóan folyó forrásoknál a reprezentatív mintavétel nem okozott problémát. A főgerincből vett ivóvíz minták esetén (főgerincre telepített utcai nyomókutak) néhány percig, ivóvízcsapok esetén pedig 10 percig hagytam folyni a vizet a mintavétel előtt. II Mérés menete A mérés két szakaszra osztható. Az első a vízben oldott radon kihajtása egy Lucas cellába, a második pedig a cellában összegyűlt radon aktivitásának mérése. Az áthajtásnál PYLON WQ 1001 típusú kigázosítót használtam. Ez tűszeleppel, vákuummérővel, gyors-csatlakozókkal, szárítóval, illetve mintavevővel és kerámia gömbbel ellátott, kifejezetten a terepi radonmérésekhez kifejlesztett rendszer. A méréshez szükséges 180 ml vízmintát a mintavevő mérőhenger falán óvatosan csurgatva, kis sugárban folyó vizekből vettem, melyet azonnal ledugóztam és a kigázosító rendszerhez csatlakoztattam. Mérőcellaként PYLON 300-as típusú (belül 22

23 ZnS-dal bevont) Lucas cellát használtam, amelyet szintén a rendszerhez kapcsoltam. A mérőcellát kézi pumpával kivákuumoztam, majd a tűszelep megnyitásával levegőt áramoltattam át a vízen úgy, hogy az áthajtás kb. 5 percig tartson. A levegő finom eloszlását egy porózus kerámiagömb biztosította. A vízgőz nyomok eltávolítását egy, a Lucas cella elé kapcsolt CaCl 2 -os szárítócső biztosította. 5 perc múlva a maradék levegőt egy bypass szelep kinyitásával még a cellába áramoltattam, majd a cellát lekapcsoltam a rendszerről és egy PYLON AB-5 radonmérőhöz csatlakoztattam. A radon és leánytermékei közti szekuláris egyensúly kialakulása céljából 3 órát várakoztam, majd 10 perces mérési idővel 3 párhuzamos mérést végeztem. A cella hátterét az áthajtás előtt szintén 3 10 perces mérési idővel határoztam meg. A mért intenzitások ismeretében az (1) összefüggés segítségével kiszámoltam a víz radon aktivitás koncentrációját. ahol: ( B H ) = F D S V 3 (1) ARn 222 A Rn-222 a vízminta radon aktivitás koncentrációja, [Bq L -1 ] B bruttó beütésszám, [cps] H mért háttér, [cps] F számlálási hatásfok D áthajtási hatásfok S korrekciós tényező (radon bomláskorrekciós tényezője e -λt ) V minta térfogata, [L] (rendszerint 0,180 L) 23

24 II. 2. ÖSSZES ALFA ÉS BÉTA AKTIVITÁS MEGHATÁROZÁSA II Mintavétel és mintakészítés Ivóvizek valamint ásványvizek mérésénél az előzetesen híg salétromsavval alaposan kiáztatott és kiszárított 5-10 literes polietilén edényekbe történt a mintagyűjtés. Mivel a mintákat semmilyen módon nem tartósítottam, ezért a lehető leggyorsabban (1-2 napon belül) fel kellett dolgozni. Ebben az esetben a pangó vízből eredő problémának nincs akkora jelentősége, mint a radon mérésnél, ennek ellenére a csővezetékekből történő mintavétel előtt 5-10 percig folyattam a vizet. A palackozott ásványvizek esetén a mintavétel az azonos időben gyártott palackok vásárlását jelentette. Az összes alfa és béta mérésre a legelterjedtebb szárazra párlásos eljárást alkalmaztam. Ennek az időszükséglete nagy, de egyszerre több minta előkészítése is végezhető. A méréshez 1 liter vízmintát homokfürdőn ml-re bepároltam, majd óraüvegen infralámpa alatt szárazra pároltam és meghatároztam a minta tömegét. Az óraüvegről a száraz mintát összekapartam, achátmozsárban porítottam majd jól záródó műanyag edényben a forráskészítésig tároltam. A mintából 0,5 grammot abszolút alkoholban szuszpendáltam, melyet gondosan átöntöttem a mintatartó tálkába, a maradékot pedig kismennyiségű alkohollal mostam át. Az alkohol elpárolgása után a minta homogén, összes alfa és béta mérésre alkalmas. II Mérés menete Az összes alfa és béta aktivitás koncentráció meghatározása a GammaTech cég által gyártott NDI detektorral történt, amely a megfelelő beállítások esetén alkalmas alfa és béta sugárzás elkülönítésére és egyidejű mérésükre. A mérőrendszer béta plasztik és ZnS(Ag) detektorral volt ellátva, a kapott eredményeket a Multiact szoftver segítségével dolgoztam fel. Az előzetesen meghatározott optimális paramétereket a 3. táblázat tartalmazza, a mérőrendszer ezek beállítása után mérésre alkalmas. 24

25 3. táblázat Az alkalmazott detektor műszaki jellemzői Működési paraméter Nagyfeszültség Beállított érték 1300 V Diszkriminációs szint 19 Válaszjelek szélessége Alfa: 3-21 Béta: A leírtak szerint elkészített homogén mintát legalább másodpercig az előzetesen kalibrált mérőrendszerben mértem. II Kalibráló források elkészítése II Forráskészítés összes béta aktivitás méréséhez Az összes béta aktivitás mérésekhez KCl-ból készítettem etalont. A természetes kálium 0,0118 %-ban tartalmaz 40 K izotópot, ennek alapján béta aktivitása számítható. A 40 K az esetek 10,7 %-ában K-befogással (és nagyon kis valószínűséggel pozitron kibocsátásával), míg 89,3 %-ában β-részecske emisszióval bomlik, felezési ideje pedig T 1/2 = 1, év. A maximális β-energia E max = 1,35 MeV. A 40 K preparátum aktivitásának számításakor az alábbiakat kell figyelembe venni: 1 g természetes káliumban másodpercenként átlagosan 31,89 radioaktív bomlás megy végbe, amelyek közül 28,48 jár β-részecske emissziójával. Az etalonsorozatot porított és 105 C-on tömegállandóságig szárított KCl és MgO keverékből készítettem. A KCl-ból és MgO-ból 0,5 g különböző arányú keveréket készítettem, amelyet a tálkákon egyenletesen eloszlattam, majd alkoholban szuszpendáltam és szárítottam. A tálkákra bemért KCl 40 K aktivitását a (2) összefüggés alapján számítottam ki: ahol: A KCl A KCl = a K-40 m b / m (2) preparátum tálkára bemért KCl 40 K aktivitása, [Bq] a K-40 kálium fajlagos aktivitása, [Bq g -1 ] m b bemért KCl pontos tömege, [g] m 1 g káliummal egyenértékű KCl mennyisége (1,9067 g) 25

26 II Forráskészítés összes alfa aktivitás méréséhez Az összes alfa aktivitás meghatározásához az előbbiekhez hasonló, egyszerű standardet nem sikerült készítenem, ezért különböző vízmintákat pároltam be, majd az így nyert szárazanyagot egyenlő részletekre osztottam, melyeket meghatározás céljából az ország több akkreditált radiológiai laboratóriumába is elküldtem. A későbbiek során ezekkel a másodlagos standardekkel dolgoztam. A 4. táblázat tartalmazza néhány általam használt, ásványvízből készült másodlagos standard összes alfa aktivitás értékét: 4. táblázat Néhány kalibráló forrás összes alfa aktivitás értéke Standard neve Összes alfa aktivitás [mbq g -1 ] átlag min. max. Margitszigeti kristályvíz 2971± ± ±271 Theodora Quelle 412±31 315±12 510±44 Apenta (új) 271±19 247±16 295±19 Gellérthegyi kristályvíz 2914± ± ±226 Apenta (régi) 9523± ± ±442 II. 3. RÁDIUM MEGHATÁROZÁS II Mintaelőkészítés, dúsítás A 226 Ra meghatározása során 3 fajta dúsítási eljárást alkalmaztam. II Bepárlás 1 liter vízmintát 150 ml-re bepároltam, abban az esetben, ha csapadék kiválást észleltem, akkor az újabb vízminta bepárlásánál a csapadék kiválása előtt abbahagytam a bepárlást. Rn emanációs 226 Ra meghatározásnál a mintát a további csapadékkiválás megelőzése érdekében enyhén lehet savazni folyadékszcintillációs alfa spektrometriás meghatározás esetén viszont ez a lépés nem alkalmazható. 26

27 II Mangán-dioxidos adszorpció 4 liter vízminta kémhatását kb. ph 7-re állítottam be (a MnO 2 -nak ezen a ph-n a legnagyobb a szelektivitása rádiumra nézve), majd 50 Bq 133 Ba nyomjelzőt adtam hozzá. Ezután a mintában 0,1 g KMnO 4 -ot oldottam fel, illetve 0,2 g MnCl 2 -ot tartalmazó oldatot csepegtettem hozzá állandó kevertetés közben. Az oldatot körülbelül két óráig kevertem, majd a képződött sötétbarna MnO 2 csapadékot a könnyebb szűrés érdekében ülepedni hagytam. A keletkezett csapadékos oldatot vákuumszűrőn szűrtem, a csapadékot ultratiszta (MP) vízzel többször mostam majd cc.hcl-h 2 O 2 elegyben feloldottam. A hasonló viselkedés alapján a rádium MnO 2 -ra történő elválasztás hatásfokát a 133 Ba aktivitásának mérésével határoztam meg. Az így készített minta csak Rn emanációs 226 Ra meghatározásra volt alkalmas. II Dúsítás nanoszűréssel A formaldehid tartalmú tartósító oldatból kivett membrán cartridge-ot ionmentes vízzel többször leöblítettem. Befogtam a berendezésbe (14. ábra), majd 3 20 liter ionmentes vízzel Q=300 L h -1 térfogatárammal P=10 bar nyomáson, 20 C-on a membránt -2 kiöblítettem. Abban az esetben, ha a permeátum fluxus értéke elérte a 12 L h -1 m értéket (15. ábra) elkezdtem a szűrést, ha nem, akkor 5 liter 0,1 mol L -1 NaOH-dal, majd 5 liter 0,1 mol L -1 HNO 3 -val öblítettem a membránt valamint újra 3 20 liter ionmentes vízzel mostam. A szűrés megkezdése előtt a szűrendő ásványvíz kémhatását ph 4-re állítottam be. A berendezésbe 10 litert töltöttem és 7. táblázatban szereplő paramétereket beállítva elkezdtem a dúsítást. Amikor a szűrlet elérte a 8 litert, akkor abbahagytam a műveletet, majd a töményített oldat rádium koncentrációját radon emanációval meghatároztam. A szűrés befejeztével 10 liter 0,1 mol L -1 HNO 3 -val, majd 3 20 liter ionmentes vízzel dekontamináltam a berendezést. A membránt belehelyeztem a formaldehid tartalmú tartósító oldatba és fénytől elzárt helyen tároltam, így biztosítva, hogy a berendezés alkalmas legyen a következő dúsításra. Az eljárás teljes időszükséglete kb. 8 óra. Az így nyert minta az összes alkalmazható 226 Ra mérési módszerhez alkalmazható. 27

28 II Rádium meghatározása radon emanációval A 226 Ra meghatározásánál elterjedt módszer a radon-emanációs eljárás. Az előzőekben már leírt radon mérésre vezethető vissza a 226 Ra mérése. 180 ml betöményített mintát az emanációs kamrába töltöttem, nitrogénnel átbuborékoltatva kihajtottam a maradék radongázt, majd lezártam a kamrát. Az ásványvíz felhasználásával készített üdítők mérésénél a kiválás miatt töményítést nem végezhettem, így ezeket savaztam, majd közvetlenül 180 ml-t mértem az emanációs kamrába nap eltelte után az oldott rádiumból keletkezett radont 1 literes kivákuumozott Lucas cellába hajtottam át. A radon és leányelemei egyensúlyának beállta után (3 óra) a Lucas cellát EMI fotoelektron-sokszorozóhoz kapcsoltam és NP-420P típusú egycsatornás analizátorral 2000 s-ig mértem az intenzitást. A 226 Ra koncentrációja a (3) kifejezéssel határozható meg: ahol: A C B = (3) F D S V 3 λ t ( 1 e ) 226 Ra A Ra aktivitás koncentráció, [Bq L -1 ] Ra C bruttó intenzitás, [cps] B háttér intenzitás, [cps] F Lucas cella számlálási hatásfoka, [cps Bq -1 ] D kihajtási hatásfok S a radon Lucas cellába való áthajtásától a mérésig eltelt idő alatti radon bomlást figyelembe vevő korrekciós tényező λ t V 222 Rn bomlási állandója, [1 h -1 ] minta lezárásától a radongáz áthajtásáig eltelt idő, [h] minta térfogata, [L] A nevezőben szereplő 3-as érték a bomlási egyensúly esetén az egy radonbomlást követő α-részecskék számát jelenti. Az (1-e -λ t ) a t idő alatt beálló 226 Ra, 222 Rn egyensúly mértékét, azaz a radon felépülését határozza meg. 28

29 A Lucas cellák hatásfokát PYLON RN 2000 A típusú (Kanadában hitelesített) radonforrással, Genitron EV típusú (Németországban hitelesített) radonkamrában beállított radonkoncentrációjú gáz mérésével határoztam meg. A kihajtási hatásfokot 10 Bq L -1 aktivitású 226 Ra standard oldattal egymást követően három Lucas cellába történő átszívással állapítottam meg. II Ra aktivitás koncentráció meghatározása PERALS folyadék szcintillációs spektrométerrel II PERALS spektrométer felépítése és működése A folyadékszcintilláció jelensége már régóta ismert, az első jóminőségű folyadékszcintillációs spektrométerek már a múlt század 60-as éveiben megjelentek. Valódi spektrálásra azonban nem voltak használhatók, hiszen a felbontásuk általában 500 kev körüli. Leginkább csak számlálóként alkalmazták őket, alfa spektrometriai felhasználhatóságot még nem tett lehetővé. A számítástechnika és az elektronika fejlődésével azonban már lehetővé vált annak az elvnek a gyakorlati kihasználása, hogy az alfa ill. béta gamma részecskék által keltett felvillanások a fotoelektronsokszorozóban eltérő lefutású jelet produkálnak. A β- vagy γ-impulzusok lecsengési ideje ~35 ns, az α-impulzusoké ennél néhányszor tíz ns-mal hosszabb, így az alfa sugárzásból adódó jelek elvileg elkülöníthetők. Elválasztásukra a PERALS spektrométerben található jelalak diszkriminátor alkalmas, így a zavaró β- és γ-impulzusoktól elkülönített alfa jeleket analizálva már megfelelő alfa spektrumot kapunk, melynek felbontása jobb a szokásos folyadékszcintillációs berendezéseknél (kb kev). A PERALS spektrométer elvi működése a 3. ábrán látható: 29

30 3. ábra PERALS spektrométer működési sémája A spektrométer a következő egységekből áll: mintakamra/reflektor mintatartó félgömb alakú számláló kamrában, fotoelektron-sokszorozó FES vagy PMT, nagyfeszültségű szűrő, előerősítő, konverter, jelalak-erősítő/nyújtó, nagyfeszültségű biztonsági kapcsolókör, belső jelalak diszkriminátor (PSD) és koincidencia kapu, PSD szintkijelző. A 8100AB PERALS spektrométeren kívül szükség van még: NIM /BIN tápegységre, sokcsatornás analizátorra, INHIBIT kimenettel rendelkező nagyfeszültségű tápegységre, amely képes V előállítására. 30

31 A mintakamra a fotoelektron-sokszorozó előtt helyezkedik el, amelyben az üvegcső és a reflektor-fotokatód felületek közötti tér inert szilikonolajjal van kitöltve. Ez utóbbi, mint optikai vezető biztosítja, hogy a fotonok közel állandó törésmutatójú közegen áthaladva jussanak a fotokatódhoz. A félgömb alakú kamra belső felülete fehér, fényt visszaverő burkolattal van bevonva, amely a nem a fotoelektron-sokszorozó irányába induló fotont a fotokatódra irányítja. A jel/zaj arány növelése és az elektronikus zaj csökkentése érdekében a fotokatód földelve (0 V), a kimenet az anódra van kapcsolva. Az anódfeszültség általában +700 V körül van (az általam használt PERALS készüléknél +750 V). Az anód kimenete nagyfeszültségű szűrőn keresztül egy előerősítőhöz csatlakozik, amely az anód kimenet jeleit erősíti fel. Az impulzusok amplitúdója arányos a folyadékszcintillátorban detektált β- és α-energiával. A PULSE-SHAPE kimeneten minden olyan jel megjelenik, amelynek lefutása nagyobb, mint a diszkriminátor alsó beállítási szintje. A PULSE-SHAPE eloszlás két különálló csúcsot mutat: az egyik az összes β- és/vagy γ impulzusait reprezentálja, a másik pedig az összes α-impulzust, függetlenül az energiától. Tehát a PULSE-SHAPE kimenet impulzusainak amplitúdója arányos a minta/folyadékszcintillátorban a sugárzás által keltett fény lecsengési idejével. A mérés bizonytalansága ~3 ns. A diszkriminátor vágási szintjének megfelelő beállítása, azaz a β- és γ jelek kizárását, majd a jelkábel PULSE-HEIGHT kimenetre történő csatlakoztatását követően az impulzusok nagyság szerinti eloszlása már az alfa sugárzás energia eloszlását mutatja. A kapott spektrum zajtól és β/γ-háttértől mentes. Az impulzusok szélessége 1,5 µs, amplitúdója 0-8 V tartományba esik. Szabályozás: Néhány szabályozó funkcióra is szükség van a PERALS spektrométer beállításához a GAIN szabályozóval állítható be az α-energia csatonaszám összefüggés a PSD SET szabályozóval a diszkriminátor alsó szintje, a PILE-UP szabályozóval a diszkriminátor felső szintje állítható, az EXP és a SHIFT szabályozókkal az erősítése és vízszintes skála állítható be. 31