Tartalomjegyzék. Bevezetés 2. Történeti háttér 5

Átírás

1 Tartalomjegyzék Bevezetés 2 Történeti háttér 5 A radioaktív sugárzások jellemzése 8 Radioaktív anyagok aktivitása 8 Radioaktív bomlási sorok 9 A radioaktív egyensúly 11 Sugárzások mérése 13 Dozimetriai alapfogalmak 16 Sugárzások biológiai hatása 17 A sugárvédelem 19 A radioaktivitás alkalmazási területei 21 A radon 24 Bonyodalmak a radon felfedezése körül 24 Mi a radon valójában 25 Rutherford visszaemlékezése 26 A radon haszna és kára 28 Radon a környezetünkben 30 Külföldi példák és szabványok 32 Magyarországi helyzet 34 A zárt területek radontartalmának csökkentése 36 A radon mérése 37 A kiválasztott vízminták radontartalmának vizsgálata 44 A szcintilláció mechanizmusa 44 A folyadékszcintillációs módszer leírása 45 A mintavétel módja 49 A mérés menete 51 A kiértékelés menete 52 A forrásokról 57 Összefoglalás 65 Irodalomjegyzék 66 1

2 Bevezetés A modern fizika egyik érdekes kutatási irányvonala a radioaktivitás felé mutat. A jelenség felfedezése óta folynak a kutatások, azóta mind pontosabb ismereteink vannak a sugárzások tulajdonságairól. A radioaktivitásnak döntő befolyása van az egész életünkre. Az atombomba iszonyatos pusztításra képes, azóta félelem társult a "radioaktivitás" fogalmához, holott napjainkban az energiatermelés egyik kipróbált lehetséges módja. Az atomerőművek körüli viták, tüntetések jól jellemzik a téma iránti széleskörű (lakossági) érdeklődést. Sokkal kevesebben tiltakoznak viszont a radioaktív sugárzás, a radioaktív izotópok orvosi (és számos más alkalmazási területen való) felhasználása ellen. Az érvekben ritkán szokott szerepelni, hogy természetes eredetű radioaktív sugárzás is éri az embereket, méghozzá általában sokkal nagyobb, mint a mesterséges sugárzás következtében. Az utóbbi időben nőtt az érdeklődés a természetes eredetű sugárzással kapcsolatban, mert a lakosságot egy év alatt érő teljes sugárterhelés kb. 68%-a természetes eredetű, ez átlagosan 2,4 msv. (A természetes eredetű sugárforrás külső és belső lehet. A külső: a kozmikus sugárzás, a földkéreg, az építőanyagok és a levegő természetes aktivitása. A belső: az emberi szervezetbe jutott természetes radioaktív izotópok, pl. a 14 C vagy a 40 K.) A természetes sugárzásban kiemelkedő szerep jut a radonnak, A sugárzás biológiai hatásának fele a radonból és bomlástermékeiből adódik. (Ezért fontos környezetünk radioaktív felmérése.) A radon izotópjai közül különlegesen fontos a 222 Rn, melynek felezési ideje 3,82 nap, így a keletkezési helyétől messzire eljuthat, a levegőbe kerül, majd belélegzés útján a tüdőbe. A magas levegő radonkoncentráció tüdőrákhoz vezethet, ezt a jelenséget bányászoknál már századokkal ezelőtt leírták. 2

3 A mai emberben felmerül a kérdés: A radon radioaktív elem ugyan, de nemesgáz. Ha bekerül a tüdőbe, ott nem tapad meg, a légcserével hamarosan távozik, hogyan károsít mégis? A radon bomlástermékei fémionok, ráülnek a levegőben lebegő porszemekre, belélegezve megtapadnak a légcső és a tüdő falán. Az -bomló leányelemek nagy roncsolást visznek véghez a légutak falán, ami könnyen súlyos betegségekhez vezethet. (Pormentes szobában a leányelemek a helyiség falára tapadnak, kevesebb jut a levegőbe s így a tüdőbe.) Nem szabad elfeledkeznünk a radioaktív sugárzás hasznosságáról sem! Talán legismertebb az orvosi - gyógyászati alkalmazás: szervek működésének serkentése, beteg szövetek roncsolása, a gyógyszerek hatékonyságának vizsgálata, gyógyfürdők hosszan tartó hatása stb. Azon kívül az élet számos más területén alkalmazható, ahol más módszer nehézkes, költséges, vagy esetleg nincs is valóban megfelelő alternatíva. Íme néhány kiragadott példa: bonyolult kémiai folyamatok nyomjelzése, kristályszerkezetek, az anyag finomszekezetének meghatározása, kozmikus sugárzás vizsgálata, diffúziós vizsgálatok, geológiai anomáliák alapján nyersanyag-kutatás, nagy mélységben szintvonalak feltérképezése, talajvíz vizsgálatok, földrengés-előrejelzés, földbe fektetett csövek szivárgásának, a benne levő iszap magasságának ellenőrzése, kopás meghatározása, nagynyomású tartályok folyadékszintjének mérése, kohók, olvasztókemencék falának állapota is meghatározható a radioaktív elemek felhasználásával. Megtalálhatók tehát a nem kívánatos, esetenként veszélyes sugárzás csökkentésének és a különböző területeken való alkalmazásának a lehetőségei is. Mivel a sugárzás biológiai hatása döntően a radon sugárzásából ered, ezért ismerni kell a környezetünk radonkoncentrációját, annak eredetét, a terjedésének módját és útvonalát, valamint a károsító és segítő hatásának mechanizmusát. 3

4 Szakdolgozatom célja, hogy áttekintést nyújtsak a radioaktivitásról, bemutassam a felfedezését és jellegzetességeit, mérését, detektálását, alkalmazási területét és az esetleges káros hatásait, a lehetséges védekezési módokkal együtt. Ezután kimondottan a radon tulajdonságaival foglalkoztam. A keletkezésével és a radon diffúzió elméleti és gyakorlati hátterével. Végül konkrét méréseket végeztem eddig kevéssé feltárt területeken a Magyar Állami Földtani Intézet (MÁFI) megbízásából. A Börzsönyben és a Pilisben néhány forrás vízminőségét kellett meghatározni a felszín alatti vizek projektjének keretein belül. A Mecsekben kis- és közepes aktivitású hulladék elhelyezésére keresnek az előírásoknak megfelelő területet. Ehhez természetesen a terület általános felmérését is el kell végezni. 4

5 Történeti háttér Röntgen a katódsugarakat vizsgálta, amikor a kisülési csövet teljesen beburkolta fekete papírba, hogy a katódsugarak által létrehozott gyenge fluoreszkáló fényt is láthassa. Ekkor figyelt fel a következő érdekes tényre: valahányszor bekapcsolja a kisülési csövet, a közelben elhelyezett, más vizsgálatra odakészített fluoreszkáló só élénken világít, noha sem látható fény, sem a katódsugárzás közvetlenül nem érhette. Ezt az új, ismeretlen sugárzást kezdte vizsgálni. Becquerel fluoreszcens anyagok vizsgálatával foglalkozott. Feltételezése szerint a fluoreszcens fény és a röntgensugárzásnak azonos oka van. Igazolásként fekete papírba burkolt egy fényképezőlemezt "fénymentesen", majd egy fluoreszkáló uránsó kristályt helyezett rá, ezután az egészet erős napsütéssel megvilágította. Amikor előhívta a fényképezőlemezt, az uránsó alakjának megfelelő feketedést tapasztalt, így igazolni vélte feltételezését. Egy szerencsés véletlen vezette rá tévedésére, miként erről tudományos cikkéből értesülhetünk: A fent leírt módon előkészített kísérletet egy nap nem tudta elvégezni a felhős idő, tehát nem megfelelő fényviszonyok miatt, az uránsót tartalmazó lemezeket visszatette a sötét fiókba. Ám a következő napokon sem sütött ki a nap, így végül előhívta a fényképezőlemezeket, nagyon gyenge képet várva. Milyen nagy volt a meglepetése, amikor nagy intenzitású sziluetteket látott. Ebből világossá vált számára, hogy a hatás sötétben is érvényesül, ennek megfelelően rendezte a következő kísérleteket. Megállapította: a jelenségnek semmi köze nincs a fluoreszcencia jelenségéhez, csak az uránium jelenlétéhez, de a hatás nem függ az urán fizikai vagy kémiai állapotától. A további kutatásokat asszisztensnője, Marie Sklodowska-Curie végezte. Miután kiderült, hogy a Curie házaspár által radioaktivitásnak nevezett jelenség az uránhoz kapcsolódik, kerestek esetleges további radioaktív elemeket. Marie Curie felismerte a tórium radioaktivitását, majd együtt két új radioaktív elemet: a polóniumot és a rádiumot fedeztek fel. 5

6 Egyre többen kapcsolódtak be a radioaktív jelenségek kutatásába európai és amerikai egyetemeken egyaránt. Rutherford leírta az intenzitás erősségének időtől való függését és a radioaktív bomlás exponenciális törvényszerűségeit. Rutherford és Soddy jutottak el végül ahhoz a felismeréshez, amit az elsősorban kémikus Marie Curie, mint lehetőséget felvetett, de nehezen tudott volna elfogadni, hogy a radioaktív sugárzás az elem kémiai átalakulásával jár. A XX. sz. elején tehát már nagy vonulatokban helyes kép alakult ki a radioaktivitással kapcsolatban. Ismerték a sugárzás természetét: - az - sugarak pozitív töltésű ionokból, - a β - sugarak elektronokból állnak, - a γ - sugarakról sejtették, hogy azok a röntgensugárzással vannak rokonságban. 6

7 Azt is tudták, hogy az elem egyszerre csak vagy - vagy csak β-sugárzást bocsát ki, ez az atom számára egyúttal kémiai átalakulást is jelent. Felállították a bomlástörvényt és bevezették a felezési idő fogalmát. Viszont sokáig problémát jelentett az azonos kémiai, de más radioaktív tulajdonságokat mutató anyagokat hogyan helyezzék el a periódusos rendszerben. Soddy vezette be az izotóp fogalmát és a róla elnevezett eltolódási törvény, amely azt mondja ki, hogy az anyag - vagy β-bomlása után a bomlási terméket a periódusos rendszerben hol találjuk: - -bomlás esetén a bomlási termék a periódusos rendszerben két függőleges sorral balra találjuk, atomsúlya pedig lecsökken 4 egységgel. - β-bomlásnál a bomlási termék a periódusos rendszerben egy oszloppal jobbra kerül, atomsúlya ugyanakkor nem változik. Így derült ki az is, hogy az izotópok, tehát a kémiailag azonos elemek különbözőségének legfőbb jellemzője az, hogy az atomsúlyuk - ma úgy mondanánk tömegszámuk - különböző. 7

8 A radioaktív sugárzások jellemzése Az atommagok elbomlásakor kibocsátott nagy energiájú sugárzás, a radioaktív sugárzás elektromágneses térben való eltérülése alapján három típusra osztható: - - sugarak a He atom kétszeres pozitív töltésű ionjai - β - sugarak elektronokból állnak - γ - sugarak nagy áthatolóképességű, a röntgensugárzásnál kisebb hullámhosszúságú elektromágneses sugárzás. Ennek értelmében -bomláskor az atommag rendszáma 2-vel, tömegszáma 4-gyel csökken β bomláskor a rendszám 1-gyel változik, a tömegszám állandó, míg γ-bomlás esetén sem a rendszám, sem a tömegszám nem változik. Radioaktív anyagok aktivitása A radioaktív anyagok mennyisége idővel csökken, mivel a bomlásra képes atommagok egy része elbomlik. Az időegység alatt bekövetkező bomlások számát aktivitásnak nevezzük. [Mértékegysége: 1 Bq = 1 bomlás/s] A dn = = λ N ahol N: a bomlásra képes atomok száma, dt t: az idő λ: bomlásállandó 8

9 Tehát a radioaktív forrás aktivitása egyenesen arányos a forrásban levő, bomlásra képes atommagok számával. Ezt a λ arányossági tényezőt bomlásállandónak nevezzük. [Mértékegysége: 1/s] A felezési idő az az idő, amely alatt a radioaktív anyag aktivitása felére csökken. ln2 T 12 / = λ A radioaktív anyagok bomlástörvénye, amely az anyag aktivitásának időbeli változását írja le: λ a( t) = a( 0) e t Radioaktív bomlási sorok Radioaktív sugárzás kibocsátásakor (a γ-sugárzás kivételével) új atommag keletkezik. Ha a keletkezett atommag ismét radioaktív, a bomlás tovább folytatódik. (Az anyaelem az az elem, illetve izotóp, amelyből radioaktív bomlás során másik elem, az ún. leányelem keletkezik.) Több, egymásra következő bomlás sorozatát nevezzük radioaktív bomlásnak, amelyekben általában, β, és γ bomlások követik egymást. Mint láttuk a tömegszámot egyedül az -bomlás változtatja meg, mégpedig 4-gyel csökkenti. Ennek megfelelően 4 bomlási sort különböztetünk meg annak megfelelően, hogy a bomlási sorban lévő elemek tömegszáma 4-gyel osztva milyen maradékot ad: 9

10 4k család Tórium - sor 4k+1 család Neptúnium - sor 232 Th 237 Np 228 Ra 233 Pa β 228 Ac β 233 U β 228 Th 229 Th 224 Ra 225 Ra 220 Rn β 225 Ac 216 Po 221 Fr β 212 Pb β 212 Bi β 216 At 209 Tl 217 At 213 Bi β 213 Po β 208 Tl 208 Pb 212 Po β β 209 Pb 209 Bi 4k+2 család Urán - sor 4k+3 család Aktínium - urán - sor 238 U 232 Th 234 Th 228 Ra β 234 Pa β 228 Ac β 234 U β 228 Th 230 Th 224 Ra 226 Ra 220 Rn 222 Rn 216 Po β β 214 Pb 210 Tl 218 Po β 214 Bi β 218 Po 214 Po β β 212 Pb 208 Tl β 212 Bi β 208 Pb 216 At 212 Po 210 Bi β 210 Pb β 206 Tl 210 Po β 206 Pb 10

11 A radioaktív egyensúly Hosszú idő alatt a bomlási sor tagjai közt radioaktív egyensúly állhat be, amikor a bomlási sor egyes tagjainak aktivitása egyenlő, vagyis időegység alatt ugyanannyi atommag bomlik el az egyik fajtából, mint amennyi a bomlási sor őt megelőző tagjából keletkezett. Nem alakulhat ki egyensúly: Ha az anyaelem felezési ideje kisebb, mint a leányelemé. Ekkor az anyaelem gyorsan elbomlik. Tranziens egyensúly: Ha az anyaelem felezési ideje nagyobb, akkor a leányelem keletkezési és bomlási sebessége nem egyenlő. De a keletkező és elbomló atomok aránya állandó, mint az anyaelem és a leányelem aktivitásának aránya. 1. a teljes aktivitás, ha kezdetben csak az anyaelem volt jelen 2. az anyaelem aktivitása 3. leányelem aktivitása, ha t=0 időpontban csak leányelem volt jelen 4. anyaelemből keletkezett leányelem aktivitása 5. t=0 időpontban jelen levő és az anyaelemből keletkező leányelem együttes aktivitása. Az aktivitás változása tranziens egyensúly esetén 11

12 Szekuláris egyensúly: Ha az anyaelem felezési ideje sokkal nagyobb a leányelem felezési idejénél, akkor a bomlási sor tagjainak aktivitása egyenlő. (Ez jellemző a radioaktív családokra.) Természetes radioaktív bomlási sorokban az első elem felezési ideje nagyságrendekkel nagyobb a leányelemeié, ezért fennáll a szekuláris egyensúly. Így tehát ha pl. az urán vagy tóriumásványban a bomlástermékek együtt maradtak, akkor azok aktivitása megegyezik. Előfordulhat, hogy valamely leányelem nem elbomlás, hanem más fizikai folyamat során eltávozik, pl. a radon gáz folyadékba diffundál, ekkor az új közegben egy radonnal kezdődő sor alakulhat ki. Az aktivitás változása szekuláris egyensúly esetén 1. a teljes aktivitás, ha kezdetben csak az anyaelem volt jelen 2. az anyaelem aktivitása 3. leányelem aktivitása, ha t=0 időpontban csak leányelem volt jelen 4. anyaelemből keletkezett leányelem aktivitása 5. t=0 időpontban jelen levő és az anyaelemből keletkező leányelem együttes aktivitása. 12

13 Sugárzások mérése A radioaktív sugárzást közvetlenül nem érzékeljük, hanem azt a hatást erősítjük fel, amit a sugárzás által átadott energia a környezetében kivált. Az érzékelő berendezések csoportosítása: I. A részecskék nyomát láthatóvá tevő detektorok 1. Ködkamra: Túltelített gőzben nagy sebességű töltött részecskék pályájuk mentén páralecsapódási centrumokat képeznek, így a nyomvonalukat egy vékony ködfonal rajzolja ki. (Hasonlóan a repülőgép húzta csíkhoz.) 2. Buborékkamra: Gyors részecskék kimutatására a ködkamra nem megfelelő, mert a viszonylag ritka gázban kevés centrum képződik. A túlhevített folyadék viszont nagyobb sűrűsége miatt alkalmas a nagy sebességű részecskék nyomjelzésére, ugyanis a részecskék pályájuk mentén forrásba hozzák a folyadékot, így vékony buborékfonal jelzi útjukat. További előnye, hogy a kutatók olyan folyadékkal tölthetik fel, amelynek atomjaival való ütközések érdeklik őket. Gyakori a folyékony hidrogén. 3. Szikrakamra: Előfordul, hogy néha egymást gyorsan követve csaknem azonos pályán cikáznak a villámok, mivel az előző már ionizálta a levegőt. A töltött részecskék is ionizálják a gázt, előkészítve ezzel az utat az elektromos szikra számára. Ezen az elven alapul a szikrakamra. A párhuzamos fémlemezek között a feszültség akkora, hogy még éppen nem ugrik át a szikra, de ha ionizációt okozó töltött részecske szeli át a lemezek közötti teret, akkor a pályáján egy szikra ugrik át. 4. Fotoemulzió: Fényérzékeny rétegben a töltött részecskék pályája mentén olyan centrumok jönnek létre, melyek előhíváskor megfeketednek. A nyomok vastagsága a részecske fajlagos ionizációs képességéről, a hossza az energiájáról ad felvilágosítást. 5. Szilárdtest-nyomdetektorok: Egyes műanyagokban és ásványokban az ionizáló részecskék kimutatható és mikroszkóppal vizsgálható károsodást okoznak. Az ásványok emlékeznek az őket ért összes radioaktív sugárzásra, így a régi idők sugárzási viszonyairól is képet kaphatunk. 13

14 II. Részecskeszámlálók 1. Ionizációskamra: Ritkított gázban haladó ionizáló sugárzás az energiájával arányos számú atomot ill. molekulát ionizál. A szétválasztott töltéseket elektródokon összegyűjtve áramlökést kapunk, melynek nagysága a részecske által a gáznak leadott energiával arányos. Az impulzusszámból a bejövő részecskék számát határozhatjuk meg. 2. Geiger-Müller-számlálócső: Az ionizációs kamrához hasonló a működési elve, csak itt az elsődleges töltéshordozókat külső elektromos térrel annyira felgyorsítjuk, hogy azok ismét ionizálni tudjanak, ezáltal sokkal nagyobb - jobban érzékelhető - áramlökést kapunk. (A részecske csak elindítja a folyamatot, ezért az áram amplitúdójából már nem tudunk a részecske energiájára következtetni. 3. Szcintillációs számláló: Az ionizáló részecskék egyes anyagokban fényfelvillanásokat (szcintillációkat) okoznak. A fény erőssége a részecske energiáját mutatja. Az apró felvillanásokat fotoelektron-sokszorozó erősíti fel. 4. Termolumineszcens dózismérő: A megfelelően szennyezett szcintillációs anyagban a radioaktív sugárzás által keltett elektronok nem okoznak felvillanást, hanem befogódnak a kristály hibahelyeire. Az anyagot később felmelegítve a hibahelyekről kiszabadulnak az elektronok, ezzel termikusan indukált lumineszcenciát okoznak. A fűtés során keletkező fénymennyiség arányos az elnyelt sugárdózissal. 5. Félvezető-detektor: A záróirányban előfeszített félvezető-diódában töltéshordozóktól mentes réteg alakul ki. Ha ebbe a rétegbe ionizáló sugárzás érkezik, töltéshordozó párok keletkeznek, amelyek az anódra ill. a katódra érkezve áramot hoznak létre. A töltéspárok száma a leadott energiával arányos. A fotoelektron-sokszorozó nukleáris detektorokban használt igen nagy erősítésű elektronikus eszköz. Vákuumozott csőben több, alkalmasan elhelyezett, növekvő potenciálú fémlemez gyorsítja a bejövő elektront. A fotokatódra érkező nagyon kicsiny intenzitású fény elektronokat üt ki a fotokatódból, amelyeket a feszültség felgyorsít s a következő lemezből elektrononként átlag három szekunder elektront váltanak ki, megsokszorozva ezzel a bejövő elektronok számát. Ily módon az egyetlen beeső elektronból akár 100 millió elektront hozva létre. 14

15 A fotoelektron-sokszorozó elvi vázlata: 15

16 Dozimetriai alapfogalmak Néhány alapfogalom: Az elnyelt dózis a tömegegységenként elnyelt energia. ( Jele: D, egysége: gray [Gy]. ) De azonos energiájú sugárzás esetén is a biológiai hatás eltérő lehet a sugárzó részecske sajátosságai, az egyes emberek egyéni érzékenységek határai és a szövetfajták érzékenységének különbsége miatt. Ezt fejezi ki a dózisegyenérték: (Mértékegys.: Sv) H = D QN, ahol D az elnyelt dózis, Q a sugárzás minőségi tényezője, N az egyéb tényezők szorzata. Az effektív dózisegyenérték a különböző szövetek eltérő érzékenységét figyelembe vevő biológiai dózisfogalom. Jele: H E, mértékegysége: Sv. H = ω H ahol H T az átlagos dózisegyenérték a T szövetben, E T T T ω T egy szorzótényező, mely a T szövetre jellemző. Tehát az azonos dózisegyenérték azonos biológiai hatást fejez ki. 16

17 Sugárzások biológiai hatása Az egyiptomi Hiren fáraó a piramisát uránszurokérccel béleltette ki, hogy ha megakadályozni nem tudja a sírrablókat, legalább bosszút álljon rajtuk, elérje őket a fáraó átka. A sugárzás káros hatása tehát - a hieroglifák tanúsága szerint - több ezer éve ismeretes. Mennyiben ártalmas a sugárzás? A nagy energiájú radioaktív sugárzás ionizálhatja, gerjesztheti a közeg vagy az élő szervezet molekuláit, felszakítva ezzel értékes kémiai kötéseket, ennek következtében új molekulák jöhetnek létre, más kémiai folyamatok indulhatnak be. A sejtek anyagcseréje nagyon érzékeny a legapróbb változásokra is, ezért ha valami megzavarja a kényes egyensúlyt, tovább már nem tudnak megfelelően működni. Meggondolandó viszont az a tény, hogy a Földet állandóan éri a kozmikus sugárzás, nem beszélve a természetes radioaktív sugárzásról és az emberiség már évmilliók óta ebben él, minden káros következmény nélkül. A sugárzás és a megbetegedés közötti összefüggés igen különös: Ismeretes, hogyha az egész testet 10 Sv nagyságú sugárzás éri, akkor az feltétlen halálos, 5 Sv-es dózis esetén 50% a halálozás esélye, 0,1 Sv-nél nagyobb sugárzás esetén napokon belül észlelhetők a tünetek, ez a szomatikus hatás. Általában azonban ennél lényegesen kisebb dózisokkal kell számolni, amelyek hosszú évek múlva okoznak megbetegedést esetleg. Ez a stochasztikus hatás. Hirosima és Nagaszaki bombázásakor sokan kaptak 0,1 Sv nagyságrendű dózist. A velük készített statisztika szerint (ha feltesszük, hogy a kockázat a kapott dózistól lineárisan függ), egy 50 mikrorizikó/msv meredekségű egyenest kapunk. Valójában bizonyos dózis alatt nem mutatható ki a károsodás (gondoljunk pl. a kozmikus sugárzás okozta dózisra), emiatt az elméleti grafikon képe egy origóból kiinduló egyenes. 17

18 Egy magyarországi faluban az orvos felfigyelt rá, hogy az egyik utcában kiugróan magas a rákos megbetegedések száma. Erős radioaktív sugárzásra számított, emiatt kérte a lakókörnyezet felmérését. Ennek eredménye mindenkit meglepett: mélyen az átlagos érték alatt volt a háttérsugárzás! Feltételezések szerint a "kis" sugárzás erősíti, mozgásban tartja a szervezet védekező mechanizmusait. (Ez talán különösnek hangzik, ám - gondoljuk meg - valahogy így működnek a védőoltások is.) A tapasztalati grafikon végül így néz ki: A nagy dózis káros hatása bizonyított, ezért a túlzott sugárterhelés elkerülése miatt az ALARA-elv (as low as reasonably achievable) érvényes, azaz minél kisebb dózis érje a lakosságot. 18

19 A sugárvédelem más: Az -, β- és a γ-sugárzások áthatolóképessége eltérő, emiatt a veszélyességük is Külső sugárforrások esetén: alig veszélyes az sugárzás, mert nagy fajlagos ionizációja miatt néhány cm-es levegőrétegen, a ruhában vagy a bőr legfelső rétegében elnyelődik. a β-sugárzás veszélyesebb, mert levegőben néhányszor 10 cm, élő szervezetben néhány cm távolságig hatol be, de néhány tized centiméter vastag fém teljesen elnyeli. a γ-sugárzás nagy áthatoló képessége miatt belső szöveteket is károsíthat, ellene vastag, nagy rendszámú elemből (pl.: ólomból) készült fallal lehet védekezni. Belső sugárforrások esetén: az -sugárzás a legveszélyesebb, mert az összes energiáját a közeli szövetek veszik fel, így ott súlyos roncsolást okoz. a β- és a γ-sugárzás több szervet, esetleg az egész szervezetet károsítja, de kisebb mértékben, emiatt kevésbé veszélyes. A sugárvédelem lehetőségei: - a besugárzási idő csökkentése - a radioaktív forrástól mért távolság növelése (csipeszek, manipulátorok) - a radioaktív forrás árnyékolása 19

20 20

21 A radioaktivitás alkalmazási területei Nem vállalkozom az összes alkalmazás felsorolására és nem egyszerűen amiatt, mert rengeteg módon használják a radioaktivitást a különböző területeken, hanem mert naponta bővül azon területek száma, amelyeken a radioaktív izotópok a korábbinál sokkal jobb vagy éppenséggel az egyedüli megoldást nyújtanak egy adott problémára. Emiatt az alábbiakban mindössze néhány kiragadott példával illusztrálom a radioaktivitás felhasználási lehetőségeit, a teljesség igénye nélkül. Orvosi és biológiai alkalmazások - A rosszindulatú daganatok gyógyítása (nem túl előrehaladott állapotban): a lokalizált beteg sejteket szétrombolja a sugárzási energia. - Az emberi test bizonyos működéseinek serkentése: pl. a csontvelő besugárzásával a vérképzés fokozható. - A nyomjelző izotópokkal emberi test, vagy általánosabban a biológiai körfolyamatok útja pontosan kirajzolódik, mivel az izotópok helye mindenkor kimutatható. Alkalmazzák vírusok, baktériumok terjedésének kimutatására, nehezen megfigyelhető állatok életmódjának kifürkészésére, tumorszövetek helyzetének meghatározására, vagy új gyógyszerek hatékonyságának megállapítására. Az alkalmazási lehetőségek ma még beláthatatlanok, de az bizonyos, hogy jelentős segédeszköz az orvoslás és a biológia területén. - Radiogramok készítése az egyes elemek a test mely részeire jutnak el és milyen sebességgel. Az esetleges elzáródások kimutatására is megfelel. - Élelmiszerek, ruházat, tárgyak, termek fertőtlenítése radioaktív sugárzással. A radioaktivitás elpusztítja a mikrobákat, de olyan gyorsan megszűnik, hogy az emberre már nem ártalmas. (Nem mindig alkalmazzák, mert némely élelmiszer illata, íze megváltozik, de nagy jelentőségű, ha a fertőtlenítendő anyag nem viseli el a magas hőmérsékletet.) 21

22 Kémiai alkalmazások - ötvözetek arányának mérése - bonyolult kémiai folyamatok nyomon követése - kicserélési reakciók a szerves és szervetlen kémiában - általában a kvantitatív kémiai analízis ellenőrzése Az alkalmazási lehetőségek a kémiában sem teljesen kiaknázottak. Fizikai alkalmazások - a radioaktív anyagok "öncélú" vizsgálata, mérése - szilárd, folyékony és légnemű anyagok diffúziója és öndiffúziója - kristálytani kutatások - röntgen-színképelemzés - a sugárzást árnyékoló védőfalak hatékonyságának meghatározása - a kozmikus sugarak vizsgálata - ferromágneses mérések, hogy csak néhány példát említsünk Geológiai alkalmazások - geológiai anomáliák felkutatása (ezeken a helyeken gyakran természeti kincsekre: uránércekre, rézércekre, káliumsókra, kőolajra bukkannak) - a mélység és a szintek menetének megrajzolása - a földben lévő ércek és kőzetek meghatározása - ércek, kőzetek, leletek geológiai korának becslése a radioaktív anyaghányad megmérésével, gyakran a radioaktív 14 C arányának meghatározásával. (Konkrét példa: egy fa életkora az évgyűrűi alapján 2905 év. Libby, amerikai kémikus, aki a módszert kidolgozta a következő eredményeket kapta mérése alapján: 3045, 2897, 2904, középérték: 2922 év, ami 17 év eltérést mutat, vagyis 0,6% pontossággal! De ezzel a módszerrel határozzák meg a múmiák korát is, szintén igen pontosan.) - földrengések előrejelzése: a radon és néhány más elem koncentrációja növekszik a földrengés epicentruma közelében elhelyezkedő földalatti vizekben. 22

23 Műszaki alkalmazások - nagynyomású tartályok folyadékszintjének mérése (ezek a tartályok átlátszatlanok és a nagy nyomás miatt hozzáférhetetlenek. A töltőfolyadékhoz radioaktív izotópot keverve mérhető a folyadék szintje.) - kohó-, olvasztókemence fal állapotának, vastagságának meghatározása. Nagy előnye a módszernek, hogy nem kell üzemen kívül helyezni a berendezés, ami nagyon költséges. - fóliák vastagságának, a vastagság egyenletességének meghatározása pl. lemezek hengerelésnél. A mérés nagy pontosságú és nem függ a hőmérséklettől, így fehéren izzó állapotban is el lehet végezni. (Általában β- vagy γ-sugárzókat alkalmaznak.) - kopás vizsgálata: pl. csapágyak felületét radioaktív izotóppal bevonva kopás hatására a kenőanyag radioaktivitásából a legkisebb kopás is megállapítható. - földbe fektetett csövek, csővezetékek szivárgása - csatornázási csövekben az iszapmagasság mérése - ötvözetek aránya, keménységi, vezetőképességi és szerkezeti vizsgálata - homogenitás, az üregek, buborékok, repedések, korrózió keresése pl. repülőgép, autó, lift alkatrészeknél, gerendáknál stb. - az anyag finomszerkezetének vizsgálata: - rácsállandó - kristályszerkezet, annak térbeli elhelyezkedése - folyadékok és gázok atomi csoportosulásainak megállapítása - szubmikroszkópikus részecskék nagyságának meghatározása - metallográfiában fázisszerkezetek pontos meghatározása - az anyagok fizikai, kémiai tulajdonságainak megváltoztatása pl.: a plexiüveg melegítéskor nem szenved alakváltozást, a besugárzott viszont deformálódik. A polietilén ellenben pontosan fordítva viselkedik: a melegítés hatására deformálódik, a besugárzott anyag viszont megtartja eredeti alakját. 23

24 A radon A radon fogalma önmagában nem olyan egyszerű, annak tisztázása érdekében meg kell vizsgálnunk a radon (meglehetősen kalandos) történetét. Erről V. V. Sztanco fejtegetéseit szeretném idézni. Bonyodalmak a radon felfedezése körül 1969 őszén az akkori szovjet Kémia és Élet című folyóirat szerkesztőségéhez a következő levél érkezett: "A radonról készítettem egy előadást és egy sajátos ellentmondásra bukkantam az elem felfedezésével kapcsolatban. A "Gyermekenciklopédiában " (1966-os kiadás) az állt, hogy a radont 1900-ban az angol Rutherford fedezte fel. A "Kis szovjet enciklopédia " viszont azt állította, hogy a radont a francia Debierne fedezte fel, ugyanakkor néhány kémiakönyvben Ramsay-nek tulajdonítják az elem felfedezését. Kinek van hát igaza?" A levelet közzétették a folyóiratban, természetesen a részletes válasszal együtt, amelynek lényege az volt, hogy mindkét könyv igazat írt. Sőt, nemcsak nekik van igazuk, hanem még másoknak is. Hogy lehet ez? Izotópokat fedeztek fel... A radont valóban többször fedezték fel! Más hasonló történetekkel ellentétben azonban ebben az esetben az új felfedezések nem cáfolták meg a korábbiakat, hanem kiegészítették azokat. Ezt úgy kell értelmezni, hogy valójában egyik tudós sem magával a radonnal dolgozott, az általános értelemben vett radonnal. 24

25 Mi a radon valójában Az egyik korszerű meghatározás szerint az elem nem más, mint atomok halmaza, amelyek magja azonos számú protont tartalmaz, vagyis csak a neutronok száma különbözhet. Az elem tehát lényegében izotópok összessége. A XX. század első éveiben azonban még nem ismerték sem a protont, sem a neutront, így tehát nem ismerhették az izotópia fogalmát sem. Rutherford és Owens, Ramsay és Soddy, Dorn, Debierne egymástól függetlenül és gyakorlatilag egyidejűleg ( es években) fedezték fel egyazon elem, a 86. rendszámú elem izotópjait. Valójában mindegyik felfedezés a Curie-házaspárnak a radioaktivitás területén végzett úttörő munkája egyenes folytatása volt. Mindegyik szerző azt gondolta, hogy kísérletei során egy új radioaktív gázt, új elemet fedezett fel, de nem is gondolhatták másképp, hiszen az újonnan felfedezett gázoknak sem az eredete, sem pedig radioaktív jellemzője (felezési ideje) nem volt azonos. Rutherford emanációját (ez az elnevezés a latin emanatio, azaz "kiáramlás, kisugárzás" szóból ered) a tóriumból kapta, Debierne aktinonja viszont az aktiniumból származott. Dorn radonja és Ramsay nitonja (a latin nitens "ragyogó, fénylő" szóból) pedig a rádium leányelemei voltak. Igaz, hogy Dorn korábban fedezte fel a radont, mint Ramsay és Soddy, a 86. rendszámú elem első felfedezői között mégis az utóbbi neveket találjuk, és nem is ok nélkül. Ramsay volt ugyanis a felsorolt tudósok közül az első, aki kémiai elemként kezelte nitonját, megállapította jellemző színképvonalait, meghatározta atomtömegét, értelmezte kémiai közömbösségét, sőt megtalálta az elem helyét a periódusos rendszerben. 25

26 Rutherford visszaemlékezése Időrendi sorrendben az első munkát Rutherford és Owens végezte, akik Kanadában dolgoztak. Rutherford, a modern fizika egyik vezető egyénisége a legutolsó nyilvános előadásán ("Negyven év a fizika fejlődésében", 1936-ban) a következőket mondta: " 1898-ban érkeztem a montreali McHill Egyetemre, ahol találkoztam R. Owenssel, az elektrotechnika új professzorával, aki velem egy időben érkezett meg. Owens ösztöndíjas volt és bizonyos fizikai vizsgálatokat kellett elvégeznie. Owens megkérdezett, hogy nem tudok-e olyan témát javasolni neki, amelyet fel tudna használni kutatásaiban. Azt javasoltam, hogy vizsgálja meg a tóriumot elektroszkóppal, amelynek radioaktivitását abban az időben fedezték fel. Segítettem Owensnek kísérletei elvégzésében és néhány nagyon különös jelenségre figyeltünk fel. Észrevettük, hogy a tórium-oxid által kibocsátott radioaktív sugárzás áthatol a ráhelyezett papírlapokon, de egy vékony csillámlemez megakadályozza. a radioaktív sugárzás továbbjutását; mintha olyan anyagot sugározna ki, amely képes áthatolni a papír pórusain. Műszerünk nagyon érzékeny volt a levegő mozgására, és ez megerősítette ezt a diffúziós hipotézist. Később végeztünk olyan kísérleteket is, amelyekben a levegő a tórium-oxid felett haladt át és csak azután jutott az ionizációs kamrába. Ezek a kísérletek azt mutatták, hogy az aktivitás a levegővel tovább tud haladni. Ha a légáramot megszüntettük, az aktivitás az ionizációs kamrában nem tűnt el azonnal, hanem az exponenciális törvény szerint fokozatosan lecsökkent. Ezt a gázhalmazállapotú anyagot, amely képes átdiffundálni a papíron, a levegő tudja szállítani, bizonyos ideig megtartja aktivitását (amely azonban meghatározott törvény szerint csökken) én tórium emanációnak neveztem el. Megállapítottam továbbá, hogy ennek az emanációnak rendkívül sajátos tulajdonságai vannak. Radioaktívvá teszi azokat a testeket, amelyek felett átáramlik. Úgy tűnt, hogy ezt valamilyen anyagi szubsztancia lerakódása okozza, és nem valamiféle aktivitás, amely sugárzás hatására keletkezik magukban a testekben, ugyanis ez utóbbi esetben a levált anyag mennyiségének növekednie kellene elektromos tér 26

27 hatására. Abban az időben többen tapasztaltak nem ismétlődő, különös jelenségeket, amikor radioaktív anyagok közelében testeket helyeztek el. Valószínűnek látszik, hogy ez ugyanúgy az emanációval magyarázható, mint ahogy mi kísérleteinkben a tórium esetén tapasztaltuk. Mielőtt azonban az ilyen magyarázatot igaznak fogadnánk el, tisztázni kell az emanáció valódi természetét. Ez nagyon nehéz feladatnak bizonyult, ugyanis minden esetben csak nagyon kevés anyag állt rendelkezésre. Soddy és én kezdettől fogva úgy véltük, hogy ez valószínűleg a héliumhoz, a neonhoz, és az argonhoz hasonló inert gáz, mivel semmilyen kémiai anyaggal nem sikerült reagáltatni..." Csugajev (kémikus) 1910-ben "Emanáció" című cikkében a következőket írta: "Ha valamilyen rádiumsót vízben oldunk vagy vákuumban hevítünk, akkor egy radioaktív gáz keletkezik, amelynek neve emanáció. Ennek a gáznak különleges tulajdonságai vannak. Egyrészt teljesen inert; minden kísérlet, amikor megpróbáltuk más anyagokkal reagáltatni, kudarcot vallott Másrészről viszont az emanáció a legaktívabb és a legváltozékonyabb anyag, amelyet csak el tudunk képzelni. Gyorsan bomlik, alfa-részecskéket bocsát ki magából, és eközben elveszti radioaktív tulajdonságait. Ez a folyamat, más radioaktív átalakulásokhoz hasonlóan, a már megvizsgált monomolekuláris reakciók törvénye szerint megy végbe. Ha időegységként a másodpercet választjuk, az emanáció, állandójára 0, értéket kapunk. Ez azt jelenti, hogy egy másodperc alatt a teljes kiindulási mennyiségnek csak 0,000002, vagyis 1 / ed része alakul át. Ebből könnyű kiszámítani, hogy az emanáció fele körülbelül négy (pontosan 3,86) nap alatt bomlik el." Rutherford és Ramsay kis mennyiségű emanációkkal dolgoztak, az emanációgázt vékony kapilláris csövekben gyűjtötték össze és mikroszkóp alatt vizsgálták. Meghatározták az emanáció kapilláris csövön való áramlási sebességét, amiből hozzávetőlegesen ki lehetett számítani az emanáció sűrűségét és a molekulasúlyát. Ha figyelembe vesszük azt a tényt, hogy tulajdonságait tekintve az emanáció az indifferens gázokhoz sorolható, a nulladik csoport gázaihoz, amelyek molekulái mindig egyatomosak, megállapíthatjuk, hogy az emanáció atomsúlyának is 223-hoz közelinek 27

28 kell lennie. Mivel ma már nem vonható kétségbe ennek a gáznak az elemi volta, Ramsay javasolt is neki egy külön nevet, ez a név a niton. Szintén Rutherford és Soddy dolgozta ki a rádium átalakulásának első fázisát. A radon haszna és kára Magas radontartalmú víz fogyasztásakor a radon a vérkeringésbe kerül, a vér pedig szervezetünk minden részébe eljuttatja. Noha 19 órás effektív felezési idővel kiürül a szervezetből, ezalatt a radon bomlásából származó -részecskék jelentős dózist adhatnak le a belső szervekre. Érdekes tény, hogy a szervezetre nem elsődlegesen a radon veszélyes (lévén a radon nemesgáz, így nem marad meg pl. a tüdőben), hanem a radioaktív leányelemei. A bomlástermékek rárakódnak az aeroszolokra, ezzel - a radon és leányelemei együttesen - komplex sugárzást bocsátanak ki: kis áthatolóképességű, de nagy energiájú - sugarakat, β-sugarakat és nagy áthatolóképességű γ-sugarakat. Ám a radon a gyógyászatban is jelentős szerepet kap: a radontartalmú fürdők jó hatással vannak a szív- és érrendszeri, a légúti, a bőr, a központi idegrendszer, valamint (fogyasztva) az emésztési rendszer megbetegedéseire, s a radon és leányelemei által kibocsátott aktivitás gyógyhatása még a kezelés befejezése után is érzékelhető. Természetesen gondos orvosi felügyelet és pontos adagolás szükséges a gyógyítás során, nehogy kárt okozzon a terápia. A jelenlég érvényes hazai szabályozás a lakosság mesterséges forrásból származó sugárterhelését 5 msv/év -re korlátozza. De a természetes eredetű sugárterhelést jelenleg nem limitálja törvény vagy rendelet. A radont a gyógyászaton kívül számos egyéb területen is használják, íme néhány az alkalmazási területei közül: - ércek sűrűségének és gázáteresztő képességeinek vizsgálata, - földrengések előrejelzése, - anyagszerkezeti vizsgálatok (repedések, buborékok, hibák), - légmentes szigetelés, tömítés ellenőrzése, 28

29 - technológiai folyamatok nyomon követése, stb. 29

30 Radon a környezetünkben A rádium leányeleme a radon, -sugárzó nemesgáz, a kőzetekből könnyen kiszabadul, és a talaj pórusain keresztül 1-2 méterre diffundálhat. A radon bejuthat az épületek levegőjébe, és vízben oldódva az ivóvizekbe is. Környezetünk radontól eredő átlagos aktivitás-koncentrációja meglehetősen változó nagyságú. Függ a közegtől is, de ezen kívül számos egyéb tényező is befolyásolja, íme néhány példa: A talajban mért radon-aktivitást a talaj szerkezete, kötöttsége, porozitása, minősége, kémiai összetétele, nedvességtartalma, talajvíz-ellátása stb. határozza meg. A felszíni vizekben ez az érték általában lényegesen kisebb, de természetesen attól függ, mennyire zárt a vízkészlet, milyen összeköttetésben van a talajvízzel, mikor került bele csapadék legutóbb, az mely területről érkezett, sőt a széljárás is jelentősen módosíthatja az aktivitást. A bányákban, barlangokban, alagutakban könnyebben kialakulhat magas radonkoncentráció, ha a környező kövek, a talaj, a talajvíz vagy a felszálló (lég)áramlatok lehetővé teszik a radon bejutását a zárt térbe és ha a szellőztetés nem alkalmas a felhalmozódott radon eltávolítására. A lakások, zárt helyiségek radontartalma eredhet a talajból felszálló radonból ( az alápincézett szobákban, házakban sokkal alacsonyabb radon-koncentrációt mértek, mint a hasonló, de a talajjal érintkező szobákban). Származhat a falakat alkotó anyagból (nagy port vert fel, amikor iskolát kellett bezárni, mivel az építkezésnél kohósalakot használtak, amely sok radioaktív anyagot is tartalmazott). Jól szigetelt és kifogástalan házak esetén a vízvezetéki vízből, esetleg a földgázból szabadul fel radon. 30

31 Nézzünk néhány értéket a fenti példákra: Radontól eredő átlagos aktivitás-koncentráció Előfordulás Koncentráció (kbq/m 3 ) Talajban 1 m mélyen Szabad levegőben szárazföld felett 0,002-0,01 óceán felett (2-22) 10-5 Földgázokban Vizekben Zárt helyiségekben 0,002-0,3 (akár 100) Uránbányákban Szénbányákban 0,02-0,5 Egyéb ércbányákban 0, Radonos fürdőkben 0,37-4,44 (akár 55) Alagutakban 0,2-2,22 31

32 Külföldi példák és szabványok Svédország - a kezdetek Az első méréseket Svédországban ban kezdték meg, kb. 300 lakás levegőjének radontartalmát vizsgálták, Rolf Sievert vezetésével. Az ország geológiai adottságai miatt sok helyen nagy mennyiségű urániumot tartalmaz a talaj, a vízben is sok a radon és a szobák, lakások levegőjének is jelentős a radontartalma. Az es, lakásokban végzett felmérések alapján az átlagos radonkoncentráció 50 Bq/m 3, a lakások 15%-ában 70 Bq/m 3 -t, míg 3%-ában 200 Bq/m 3 -t mértek! Ennek oka, hogy a hideg éghajlat miatt a nyílászárók szigetelését egyre jobban tökéletesítik, csökkentve ezzel a légcserét, így a talajból felszivárgó radon feldúsul. Másrészt egyes vidékeken a vizet mélyfúrású kutakból nyerik, s ha nagy mennyiségű uránt tartalmaz a talaj, akkor a talajból a vízbe, onnan a víz gázleadása folytán a lakás levegőjébe sok radon kerül. (Ha a vízben mért radon 100 Bq/l, akkor a levegőben 100 Bq/m 3 -t is lehet a radon származékainak koncentrációja.) Ezek után gondot fordítottak a csapvíz radontartalmának mérésére is mind a vízművek, mind magántulajdonú mély fúrású kút vizében. A vízművek esetén az átlag viszonylag alacsony, 20 Bq/l volt, a legmagasabb értéknek 100 Bq/l-t mértek. A mély kutak esetén az átlag 210 Bq/l, a legnagyobb érték pedig 8860 Bq/l volt, ezzel az átlag 38 Bq/l-nek adódott. 32

33 A gyakorlat - napjainkban Több országban is felmérték a kútvizek radonkoncentrációját. Ezek szerint Ausztria észak-keleti részén a kutak 42%-ában 100 Bq/l fölött, a legtöbb esetben Bq/l, néhol több mint 500 Bq/l (!) volt a vizek 222 Rn koncentrációja. Ez előfordulhat, mert noha a legtöbb országban szigorúan szabályozzák az ivóvízben megengedhető 226 Ra maximális értékét, semmilyen korlátozás nem létezik a maximális radonkoncentrációra. Az Egyesült Államokban a lakosság 18%-a magánkézben levő kutakból eredő vizet használ, amelyekben magasabb a radonkoncentráció, mint a vezetékes vízben. Például egy, Maine államban végzett, felmérés tanúsága szerint a kútvizekben 0, Bq/l koncentrációt találtak, míg gránitos területen található kutak esetén átlagosan 800 Bq/l a radonkoncentráció. Így a lakásokban a levegő radonkoncentrációja átlagosan mintegy 20 Bq/m 3 -rel, esetenként 40 Bq/m 3 -rel nő meg, a víz gázleadása miatt. Nagy-Britanniában a vizek felmérését az iskolákban végezték el 1991-ben. Az iskolákba elküldték a mintavételi eljárás leírását, ott a tanulók a megfelelő módon elvégezték a feladatokat, majd a detektort beküldték a Bristoli Egyetemre kiértékelésre. Ott a filmeket hosszú exponálás után kimaratták, meghatározták a koncentrációt, majd az egészet visszaküldték az iskolába, hogy a gyerekek saját maguk is elvégezhessék a kiértékelést. (Ez a vizsgálat azon program része volt, hogy hogyan lehetne a tananyagba beilleszteni a radon és az -sugárzás mérését.) A mérések eredménye alapján a csapvíz radonkoncentrációja mindenhol alacsony, a legtöbb érték 0-2 Bq/l között van, így a levegő vízből eredő radonkoncentrációja szintén csekély. 33

34 Magyarországi helyzet Magyarországon szintén megindult a radonkoncentráció felmérésére egy program. A lakások radonkoncentrációjának vizsgálata előrehaladottabb állapotban van, mint a talajvizek, forrásvizek, vagy általában az ivóvizek mérése, nem is beszélve a talajban lévő radon feltérképezéséről. Az OSSKI (Országos Frederic Joliot-Curie Sugárbiológiai és Sugáregészségügyi Kutató Intézet) és az ATOMKI (Atomkutató Intézet) a lakóépületek felmérését végezte az ország különböző területein. Ennek eredményeként az átlagra 55 Bq/m 3 jött ki. Mátraderecske - a magyarországi radonkutatás kiemelt területe A 90-es évek elején indultak a mérések Mátraderecskén, ezen a kis, addig szinte teljesen ismeretlen falun, de hamarosan meglehetősen közismert lett! Az eddigi magyarországi észlelések itt mutatták ki a legmagasabb radonkoncentrációt. A 130 lakásra kiterjedő vizsgálat szerint az átlagos radonkoncentráció 517 Bq/m 3, a magasabb radonkoncentrációjú lakások esetén 929 Bq/m 3, más lakásoknál 134 Bq/m 3 volt. Egyes országokban a házakban megengedhető radonszintet 200 Bq/m 3 -ben állapították meg, a nemzetközi ajánlások szerint 400 Bq/m 3 -ben aktivitáskoncentráció felett kell a megemelkedett egészségügyi kockázat miatt a mentesítést végrehajtani. A mátraderecskei magas radonkoncentráció miatt a magyarországi határ 800 Bq/m 3, így csupán néhány házat találtak, amely ezt az értéket felülmúlja A radon jól kimutathatóan a talajból ered, mivel a lakások radonkoncentrációeloszlása egyezik a talajban mért radon eloszlásával, és a mérési eredményeken jól megmutatkozik az emelet vagy a szoba alatti pince koncentráció-csökkentő hatása. 34

35 Felfigyeltek néhány érdekes eredményre amikor azt vizsgálták, hogy hogyan viselkedik a radon az egyes szobákon belül. Az évszakos változásokon kívül voltak olyan szobák, melyekben ősszel, másokban télen volt magasabb a radonkoncentráció. Az es években csökkent a radonszint, mintegy 18%-ban. Erre magyarázatot adhat, hogy az emberek többet szellőztettek, rendszeresen és főleg esténként. A másik ok lehet az időjárás: az es évek csapadékosabbak voltak. A száraz talajban hajszálrepedések, repedésláncok jönnek létre, amelyeken át a radon könnyebben tud felfelé mozogni. Az esőzések következtében ezek a repedések eltömődnek, így kevesebb radon jut fel a felszínre tavaszán azután új nehézséggel találták szembe magukat a kutatók: a csapadékos időjárás ellenére nőtt a radonkoncentráció a lakásokban. A növekedés ráadásul nem volt általános! Az állandó mérési helyként 56 ház közül 19 házban csökkent, 19-ben nem változott, 26-ban viszont emelkedett a radon az előző évhez képest. Később összefüggésbe hozták a májusi földrengéssel, amely előtt a pincékben és a kutakban magas radonkoncentrációt mértek. A radonkoncentráció függ: - a felhasznált építőanyagtól: blokk 4,8 tégla 6,3 -nyom/mm 2 kő 8, nap vályog 12,0 - a talajjal való közvetlen kapcsolattól: alápincézett 6,78 -nyom/mm 2 nem alápincézett 9, nap - a szellőztetési szokásoktól: a radon a zárt levegőjű szobákban, lakásokban feldúsul, a leányelemeiből eredő radioaktív sugárzás aktivitása megsokszorozódik. A rendszeres esti szellőztetés jelentősen csökkentheti a radonkoncentrációt. 35

36 - az évszakoktól: télen átlag kétszer magasabb a radonkoncentráció. Ennek oka a ritkább szellőztetésen és az az egyszerű fizikai tény, hogy a fűtött lakás levegője melegebb, így a nyomása kisebb, ezáltal mintegy felszivattyúzza a levegőt, a benne lévő radonnal együtt a talajból. - az időjárástól, talajnedvességtől: szárazabb időben magasabb a radonkoncentráció, mert repedések alakulhatnak ki, melyeken át könnyen utat talál a radon felfelé. - a szeizmikus aktivitástól: a földrengést megelőzően nagyobb mennyiségű radon szabadul fel, maximális értéket mérhetnek különösen a mélyben, pl. pincékben, kutakban. A zárt területek radontartalmának csökkentése A radon eredetétől függően a következő mentesítési lehetőségek vannak: - a talajból származó radon esetén a szivárgási utak elzárása, az épület alatti radon kiszivattyúzása, alápincézés, radonkút létesítése, - az építőanyagból származó radon esetén intenzív szellőztetés, különféle szellőztető berendezések alkalmazása, - a vízből származó radon esetén a víz felhasználás előtti pihentetésével, gáztalanításával lehet megoldani. 36

37 A radon mérése A radon mérése napjainkban egyre nagyobb hangsúlyt kap. Kezdeményezték hazánk radon-felmérését, különösen a kimagasló radon koncentrációt mutató területeket. Több módszer ismeretes a radon koncentrációjának meghatározására. Ezen eljárások alapvetően különböznek egymástól attól függően, hogy levegőben, vízben vagy talajban mérjük a radon értékét. Az eljárás lényege lehet szcintillációs technika, ionizációs kamrával vagy félvezető detektorral történő mérés. Más csoportosítási lehetőség a mérés direkt vagy közvetett módszere. A direkt módszernél közvetlenül a radontól származó aktivitást, míg a közvetett módszerrel a leányelemeinek aktivitását mérik. A földkéreg mindenhol a világon tartalmaz bizonyos mennyiségű uránércet. Az urán ősi eredetű radioaktív elem, keletkezése egyidejű a Föld kialakulásával. A természetben jelenleg három uránizotóp létezik, az U-234, az U-235 és az U-238. Felezési idejük ~ 4 milliárd év. A talaj U-238 koncentrációja világátlagban 25 Bq/kg. Az urán bomlási sorának egyik tagja a rádium. A rádium szintén -sugárzó alkáliföldfém, mely a kőzetekben marad, kis mértékben azonban beoldódhat a talajvízbe. A következőkben bemutatom a radon mérésére napjainkban alkalmazott eljárásokat. A mérés módja attól függ, hogy milyen közegről van szó, így más módszerrel határozzák meg a levegő, a víz és a talaj radontartalmát. 37

38 A levegő radontartalmának mérése 1) aktív szénnel A mérőküvettában a szén egy kúp alakú műanyag tartóban van, ezt szcintillációs koktél veszi körül. Néhány napra kihelyezik a küvettát a vizsgálandó területre, majd a kihelyezés befejezése után a "koktélt" betöltik a küvettába, így a minta -sugárzását folyadékszcintillációs méréstechnikával mérik. 2) másik módszer az aktív szén felhasználásával A GeLi szilárdtest nyomdetektor az előző módszerhez hasonlóan szintén aktív szénen megkötött radon aktivitásának mérésére használatos. Ez a detektor a szén alá helyezve méri a radon leányelemeinek γ-sugárzását. 3) ionizációs kamrával Az ATMOS 10 és az ATMOS 12 mérőberendezések működése az ionizációs kamrán alapul. Az ATMOS 10 működése: A berendezés egy szűrőn és egy víztelenítőn keresztül levegőt pumpál a mérőkamrába. A szűrő megakadályozza a Rn leányelemek bejutását, a víztelenítő megszabadítja a levegőt a zavaró nedvességtartalomtól. A Rn, illetve a keletkezett leányelemek bomlásából létre jövő -részecskék energiájukat átadják a levegő molekuláinak, ionizálják azokat, s az így létre jövő ionok az elektródok felé mozogva elektromos impulzusokat keltenek, melyek amplitúdója arányos az -részecskék energiájával. 4) szilárdtest nyomdetektorral Egy, csak gázatomokat áteresztő kis tartályba szilárdtest nyomdetektort helyeznek. (Azért fontos, hogy a porszemeket ne engedje át, mert a porszemcsékre radioaktív sugárzó anyagok telepedhetnek.) A filmeket néhány hónapi exponálás után kimaratják, majd a részecskék nyomait megszámlálják, így a radonkoncentráció meghatározható. Ezt a technikát használják lakásokban a levegő radontartalmának mérésére. 38

39 5) félvezető dektorokkal Egy kamrát levegővel megtöltve a kamra falához rögzített felületi záróréteges félvezető detektor közvetlenül méri a levegő radontartalmát. Egy ilyen berendezés a MARKUS 10. 6) szcintillációs elven működő számlálóval A levegőt egy belülről ZnS szcintilláló festékkel bevont kamrába pumpálják. A szcintillációs detektor az -sugárzás hatására fotonokat kelt, és így elektromos sugárzásokat szolgáltat. Az impulzusok nagysága arányos az -sugárzás energiájával. A berendezés előnye a jó számlálási hatásfok. Egy ilyen berendezés a LUCAS-cella. 7) elektrétek felhasználásával A radon és leányelemei által kibocsátott ionizáló sugárzás egy kondenzátort feltölt. A töltés mérésével arányos a radonkoncentráció. Figyelembe kell venni azonban, hogy elektromos eszközök (mikrosütő, rádiótelefon stb.) torzítják az eredményeket. 8) egyéb módszerrel A radon jelenlétét kimutatni gyorsan, egyszerű eszközökkel is lehet. Például megfelelő szűrőn (néhány réteg géz) porszívó segítségével egy szoba levegőjéből adott mennyiségű levegőt átszívva, a gézen az aeroszolok fennakadnak. A hozzájuk tapadt Rn leányelemek β- és γ-aktivitását egy GM cső segítségével meg lehet határozni. A radonkoncentráció értékére csak durva becslés adható, hiszen ahhoz, hogy a leányelemek aktivitás-méréséből a radonkoncentrációt is ki lehessen számolni, ismernünk kellene, hogy az adott helyiségben az adott időben milyen mértékben állt be a radioaktív egyensúly a radon és bomlástermékei között. Tehát ez a mérés csupán a Rn jelenlétének kimutatására, esetleg relatív változásának meghatározására alkalmas. 39

40 40

41 A víz radontartalmának mérése A víz radontartalmának meghatározása folyadékszcintillációval A szcintilláció: A radioaktív sugárzás, az ionizáló részecskék egyes anyagokban fényfelvillanásokat (szcintillációkat) okoznak, vagyis a radioaktív sugárzás energiája fényenergiává alakul át. A szcintillációt egy fotoelektron-sokszorozó erősíti fel. Részletesebben a következő fejezetben fogom tárgyalni. A módszer előnyei: kis hatótávolságú sugárzás is nagy hatásfokkal okoz felvillanásokat a szcintillátor "körbeveszi" a radioaktív anyagot, s így a detektálás térszöge 4π. A módszer hátrányai: az oldatba olyan komponensek is kerülhetnek, amelyeknek nincs szcintillációs hatásuk, sőt fotonokat nyelnek el, s így csökkentik a mérés hatásfokát.(kioltás.) a háttérsugárzások (kozmikus sugárzás, korábbi fénybesugárzás miatti elkésett felvillanások, elektronika elektromos zajából származó impulzusok stb.) adódó "többletimpulzus"-ok hamis felvillanásokat okoznak. Ezeket a hatásokat célszerű minimálisra csökkenteni, ennek lehetőségei: a mérőhely vastag ólomárnyékolásával alacsony hőmérsékleten végzett méréssel koincidencia: nem egy, hanem két elektronsokszorozó is figyelje a mintát, s az elektronika csak azokat az impulzusokat fogadja el "igazi"-nak, amikor mindkét elektronsokszorozó egyszerre szólal meg. Tehát a mérésnél számolni kell azzal, hogy a kioltás és a háttérsugárzás elrontja a mérési eredményeket, viszont a detektálás hatásfoka kis hatótávolságú sugárzásokra is igen nagy. 41

42 A víz radontartalmának meghatározása kibuborékoltatással Ez az egyik legelterjedtebb technika: a vízen gázt (levegőt vagy nitrogént) pumpálnak át, ezzel a radont "kihajtják" a vízből, de mivel a rendszer zárt, ezért a radon visszatérhet a vízbe. Kb. 15 perc múlva a levegő és a víz között beáll az egyensúly. Ez után a mérőkamrát lezárják, leválasztják a körről, és megmérik a radon és -sugárzó leányelemeinek aktivitását. A berendezés elvi vázlata: 1. Mintavevő gázmosó palack 2. Átbuborékoltató gázmosó palack 3. U-cső 4. Mérőkamra 5. Kétszelepes gumipumpa A mérést befolyásoló hatások: A pumpálás során a rendszerből radon szökhet ki (pl. csövek csatlakozásánál, nem jól záródó csöveknél, csapoknál). A zárt rendszerben a mérés megkezdése előtt van levegő, így az ebben lévő radontól származó aktivitás is hozzáadódik a vízben mért radonaktivitáshoz. A szcintillációs detektor hatásfoka nem 100 %-os, így a víz radontartalmának számolásakor ezzel, a mérés jóságát befolyásoló tényezővel is számolni kell. 42

43 A buborékoltatásos eljárások egy másik típusa, amikor nem zárt rendszert alkalmazunk. A vízből úgy is "kihajtható" a radon, hogy a kivezető csövet nem csatoljuk vissza a rendszerbe. Így a kibuborékoltatást addig kell végezni, míg a víz radontartalma nullává nem válik. A kibuborékoltatásos módszerek előnye, hogy kis aktivitások mérésére is nagyon alkalmasak, emellett lehetőség van már nagyobb mennyiségű vízminták mérésére, nem úgy, mint a folyadékszcintillációs technikánál. 43

44 A kiválasztott vízminták radontartalmának vizsgálata A szcintilláció mechanizmusa A beérkező β-sugárzás energiája elnyelődik az oldószerben, az átadja az energiát a primer szcintillátornak. A primer továbbadja a szekunder szcintillátornak, a szekunder szcintillátor fotont bocsát ki, amelyet a fotoelektron-sokszorozó érzékel és elektromos jelet képez belőle. 44

45 A folyadékszcintillációs módszer leírása Talajvizek radonkoncentrációját mértem a PACKARD TRI-CARB 1000 folyadékszcintillációs spektrométerrel. A készülék használata nagyon könnyű, mindössze néhány beállítást kell rajta elvégezni. A berendezés "lelke" hasonlóan a korábbi típushoz, két koincidenciába kapcsolt fotoelektron-sokszorozó (PMT: Photo Multiplier Tube). Az innen érkező jeleket erősítés után egy analóg-digital konverter (ADC) egy sokcsatornás analizátorra küldi. Az analizátor a jeleket, energiájuk szerint 4000 különböző csatornába válogatja. A teljes mérési tartomány kev. A spektrum a mérés során megőrződik a gép memóriájában, a kiíratás egy lehetséges módja, amikor egy számítógépet kapcsolunk a berendezéshez s a mért adatokat a műszer átküldi a PC-nek. A számítógépen file-ba menthetjük és/vagy tetszőleges software-rel megjeleníthetjük az adatokat. A berendezés ad bizonyos információt a spektrum alakjára az ún. spektrális index formájában (SIS: Spectral Index of Sample). Ez lényegében a spektrum súlyvonalának felel meg. A SIS jelzi a kioltás mértékét. 45

46 A műszer programozó része a következőképpen néz ki: A pontos méréshez a gép minden bekapcsolása után szükség van egy ún. normalizációs program (SNC: Self Normalization Counting) lefuttatására, ezzel a gép beállítja az egyes energiaszinteknek megfelelő csatornacímeket. (A menüpontok közül a 4. oszlop 3. sorában található.) A mérés megkezdése előtt az egyszerű menürendszerből választhatjuk ki a szükséges paramétereket. A legfontosabbak: (A CONV gomb használatával, majd a menüből a menüpontok között az ENTER billentyűkkel előre/hátra lépkedve a megfelelő alkalmazás választásával lehet a beállítást elvégezni.) 46