A Miskolci Egyetem Közleménye, A sorozat, Bányászat, 77. kötet (2009) ÁSVÁNY- ÉS TERMÁLVIZEK TERÁPIÁS ALKALMAZÁSA ÉS AZ ABBÓL ADÓDÓ DÓZISOK Mócsy Ildikó 1, Néda Tamás, Szacsvai Kinga 'SAPIENTIA Erdélyi Magyar Tudományegyetem 400375 Kolozsvár, Deva utca 19, Románia mocsy.ildiko@kv.sapientia.ro 1. Bevezető A Kárpát-medence nagyon gazdag a különböző összetételű ásvány- és termálvíz forrásokban. Az Erdély területén levő ásvány- és termálvízforrások számát ezrekben számolhatjuk, de ennek csak töredéke hasznosított szervezett formában. Több palackozó üzem működése mellett, az ásványvizet gyógykezelésre, balneológiai intézetekbe is bevezették. Megjegyzendő, hogy bizonyos betegségek gyógyítására, a tapasztalatokra alapozva, már az ókorban is hasznosították ezeket a vizeket. 1896-ban Henry Bequerel felfedezte a radioaktivitást. Először a levegőben mérték ezeket a színtelen, szagtalan, szemmel nem látható sugárzásokat, majd J. J. Thomson, a Cambridge Tudományegyetem professzora 1902-ben tanulmányozta a víz radioaktivitását és kimutatta a vízben levő radon gázt. Meg kell, említsük Szilárd Béla nevét (1884-1926), aki az 1900-1905-ös időszakban Magyarországon elsőként foglalkozott a radioaktivitással. Lengyel Béla mellett az egyik hazai úttörője volt az ásványvizek radioaktivitás-kutatásának; elsőként mérte meg a Lukács-fürdő vizének aktivitását. (1907-től a párizsi Curielaboratórium munkatársa volt. 1925-ben megkapta a Becsületrend Lovagja címet az elektrometria és a radiometria" területén végzett munkásságáért.) 1908 1912-ben a szászországi gyógyforrás vizeiben magas radon koncentrációt mértek és ekkor kezdődött el széles körben az ásványvizek radioaktivitásának kutatása. Az első világháború után az erdélyi ásványvizek radon tartalmát Gheorghe Atanasiu professzor vizsgálta elsőként, rámutatva a radioaktivitásuk eredetére és fiziológiai hatásaira is. Gyógyvizeink mikro-összetevőinek problémáját Straub János (1950) vetette fel - 52 forrás részletes vegyelemzése kapcsán. A koránt sem teljes felsorolásból nem hagyhatjuk ki Dr. Szabó Arpád professzor nevét, és Dr. Szabó Endre vegyészét sem, akik Gheorghe Atanasiu után az ásványvizek 19
Mócsy Ildikó, Néda Tamás, Szacsvai Kinga radioaktivitásával foglalkoztak. Az erdélyi ásvány- és termálvizek radioaktivitásának utolsó felmérését az Egészségügyi Minisztérium megbízásából a Kolozsvári Közegészségügyi Intézetben végeztük és egy OTKA pályázat keretében a Debreceni Atomkutató Intézet munkatársaival kiszélesítettük az addigi mérési módszereket. A kutatások folytatását vállalták fel a Sapientia EMTE Környezettudományi Tanszékének tanárai és diákjai (1,2,3,4). A dolgozat célja bemutatni néhány erdélyi balneológiai intézetben értékesített ásvány- és termálvízforrás radon aktivitás koncentrációját, valamint a kezelés ideje alatt a vízből kiáramlott és a termekben felgyülemlett radon aktivitáskoncentrációját, és az ebből adódó többlet dózist, amelyet a betegek és a személyzet kap. 2. Ásvány- és termálvizek radon aktivitás-koncentrációja A természetes ásvány- és termálvizek különböző vízadó rétegekből és mélységekből erednek, így a kőzeteken áthaladó víz ásványi anyagokat és radioaktív elemeket old ki. Mivel ezek a vizek a mélyből törnek fel, összetételükben csak a természetes eredetű radioaktív elemek szerepelnek, úgymint a 226 Ra, 222 Rn, 238 U, 230 Th, 210 Po, 210 Pb, 40 K stb. A kőzetek felépítésében, az adott hely geológiai tulajdonságainak 222 238 függvényében különböző koncentrációban található a 238 U. A Rn a U természetes bomlási sor egyetlen gáz halmazállapotú tagja, közvetlenül a 226 Ra bomlásterméke. 1 g rádium, 24 óra alatt, kb.l mm 3 radont fejleszt. A 226 Ra számos környezeti tényezőben úgy, mint a talajban, építőanyagokban, vízben, egyes növényekben, különböző koncentrációkban található. így a radon mindenhol képződik, kiszivárog a földkéregből, kőzetekből, építőanyagokból, vízből stb. A radon kiáramlásának nagysága függ a 226 Ra koncentrációjától, a környezeti tényezők fizikai jellemzőitől, a meteorológiai viszonyoktól. Ezért a radon koncentrációjának értéke a meghatározás helyének és sajátosságainak függvénye (5, 7). A radon nemes gáz, nem vegyül más elemekkel. A kémiai elemek táblázatában a hélium, neon, argon és kripton csoportjába tartozik. Instabil, radioaktív elem, bomlása során nagy energiájú a részecskéket (hélium atommagok) bocsát ki, maximális sugárzási energiája 5.48 MeV, 3.825 napos felezési idővel. Az alfa részecskék a levegőben megtett rövid útjuk során (4.12 cm), a környezetnek adják át energiájukat. A radon bomlásakor rövid élettartamú szilárd, pozitív töltésű ionok, radioaktív izotópok (bomlás-termékek) keletkeznek, amelyek különböző felezési idejű a vagy ß sugárzók. Ezek a leányelemek a W,,,,218_ 214 _ 214., 214 ^, polonium, ólom es bizmut izotópjai ( Po, Pb, Bi es Po). Ezek pozitív 20
Ásvány- és termálvizek terápiás alkalmazása és az abból adódó dózisok töltésű ionok, amelyek rövid időn belül ioncsoportokat képeznek a levegőben levő vízzel, oxigénnel vagy más gázzal. Az ioncsoportok másodperc és perc időtartam alatt, a levegőben levő kondenzációs magokra, pl. por, vízgőz, füst stb. tapadnak (0.1-0.4pm) és ezáltal, radioaktív aeroszolok képződnek. Jellemzője a megtapadt hányad, amely a hordozó aeroszolokhoz tapadt bomlástermék-hányad, a levegő egységnyi térfogatában. 1. Táblázat A radon rövid életű bomlástermékei Izotóp Megnevezés Felezési idő Sugárzási típusok és energiák (MeV) a ß y Rn (radon) 3.823 nap 5.49 i a RaA (rádium A) 3.05 perc 6.00 2,8 Po i a 2l4 Pb 1 (3,Y Bi 4ß,y H Po i a RaB (rádium B) 26.8 perc 1.02 0.70 0.65 RaC (rádium C) 19.9 perc 3.27 1.54 1.51 RaD (rádium C') 164x-10" 6 sec. 7.69 0.35 0.30 0.24 0.61 1.77 1.12 Nem minden bomlástermék tapad a levegőben levő részecskékhez, ezért beszélhetünk kötött és nem kötött frakcióról. A nem kötött frakció, 0.5-5nm átmérőjű szabad ionok, molekulák vagy kis aggregátumok formájában van jelen. Esetleg egyesülhet egy kisméretű negatív ionnal, és semleges atommá válhat. A radon bomlástermékeiből létrejött aeroszolok viselkedését a levegő elektromos töltése, páratartalma és a levegő nyomása befolyásolja. A radon vízben oldódó elem, az oldhatósága a hőmérséklet függvénye, amelyet a Henry-törvény ír le: a = 0,1057 + 0,405 e~ fi502 ' ahol: a a radon oldhatósági tényezője t a víz hőmérséklete ( C). A radon aktivitás koncentrációját Bq/m 3 -ben méijük, ami az egységnyi térfogatban lejátszódó másodpercenkénti bomlások számát mutatja. 21
Mócsy Ildikó, Néda Tamás, Szacsvai Kinga A vízből kiáramló radon és leányelemei zárt terekben bedúsulnak, lebomlanak és leányelemeik belégzése egészségügyi problémát jelenthet. A mélyről jött víz radioaktivitása, az átmosott kőzetrétegek rádiumtartalmának és a kioldott radon mennyiségének a függvényében széles értékhatárok között mozog (0,10 Bq.ľ 1 0,1.10 6 Bq.ľ 1 ). Ha az ásvány, illetve termálvíz radioaktivitása meghaladja a 370 Bq.l -1 aktivitás koncentráció értéket, akkor radioaktív víznek tekintjük. 3. A radon radon hatása az élő szervezetre Az ionizáló sugárzások az élő anyag atomjaiban ugyanazokat a hatásokat váltják ki, mint az élettelen anyagban. Egyes atomokat gerjesztenek, másokat ionizálnak, szekunder sugárzásokat hozhatnak létre, amelyek további gerjesztést vagy ionizációt kelthetnek. Ezeknek a kölcsönhatásoknak az eredményeként kórós elváltozások jöhetnek létre az élő szervezetben. Az ionizáló sugárzások olyan mértekben fejtenek ki biológiai hatást, amilyen mértékben behatolnak az élő anyagba, ahol energiájuk elnyelődik. Az elnyelt dózissal fejezzük ki a besugárzott anyag egységnyi tömegében elnyelt energiát. Az elnyelt dózis mértékegysége a Gy (1 Gy = 1 Joule/kg) (6). Az energia elnyelődését az élő anyagban egy bonyolult eseménysorozat követi, amelynek végeredménye a sejteket felépítő érzékeny biomolekulák károsodását eredményezheti. A töltött részecskék kinetikus energiájától függ, hogy milyen mélyen hatolnak be az élő anyagba. A hatás mérteke függ a besugárzott egyén sugárérzékenységétől, a sugárzás mennyiségétől, a besugárzott felület nagyságától, a sugárzás típusától és a sugárzás időtartamától. Az egyenérték dózis az ionizáló sugárzás egészségkárosító hatásának mérésére szolgál. Ez a sugárvédelemben használatos mennyiség figyelembe veszi a sugárzás típusának biológiai hatékonyságát. Értéke, megegyezik egy adott élő szervben (szövetben) elnyelt dózis D T r értékének és az alkalmazott sugárzás típusától függő minőségi súlyozó tényezőnek a szorzatával. ahol: HT R = WR DTR H T R az egyenérték dózis, mértékegysége J.kg" 1 1 S v (sievert), azaz Sv, w Ä a sugárzás típusától és ionizáló képességétől függő minőségi súlyozó tényező, dimenzió nélküli szám. Mivel az alfa sugarak ionizáló képessége a legnagyobb, ezért az alfa sugárzás esetében ennek a minőségi tényezőnek az értéke is a legnagyobb, azaz 20. 22
Ásvány- és termálvizek terápiás alkalmazása és az abból adódó dózisok D T R = az R típusú sugárzástól származó, a T élő szövetre (szervre) átlagolt elnyelt dózis értéke (Gy). Figyelembe véve, hogy egy adott radionuklid huzamos ideig, folyamatosan kerül a szervezetbe, értelmezhető az adott szövetre vagy szervre (T) vonatkozó lekötött egyenérték dózis: '2 H T = \H(t).dt i\ ahol: H T a lekötött egyenérték dózis (Sv) t és t 2 a radionuklid szervezetbe való bejutásának kezdeti és végső időpontja. Belégzéssel a radon gáz a tüdőbe kerül, ahonnan a vérárammal minden szervbe eljut. A szervekben okozott besugárzás, mai ismereteink alapján, nem jelent különösebb veszélyt, de a leányelemek, a kötött radionuklidok, az aeroszol részecskékkel együtt lerakódnak a légutakban. A hörgők elágazásainál, a hörgők falához tapadnak, ahonnan alfa részecskékkel bombázzák a hörgőhám oszló sejtrétegét, a kiválasztó sejteket és ezek sejt magjait. A hörgők és a tüdő belső felületét borító bronchiális és alveoláris hámsejtekre rakodva azokat közvetlenül besugározzák. lojim távolságból érik az alfa részecskék a hörgőhám sejtjeit. A besugárzott sejtnek lehetősége van regenerálódni, vagy elpusztulhat vagy átalakulhat daganatos sejtté. A sugárzás biológiai hatása arányos a sejtek, szövetek által elnyelt energia mennyiséggel, amit az elnyelt dózissal fejezzünk ki. Mivel a kifejtett biológiai hatás függ a sugárzás típusától, így az alfa sugarak nagy ionizáló képességük miatt jelentenek veszélyt. A légzőszervekre lerakodott radon alfa sugárzó leánytermékei energiájukat teljesen átadják a szöveteknek, sejteknek és ionizálják azokat. Kis dózisok esetében (kb. 100 msv-ig), ugyanolyan nagyságú besugárzásra jelentkező hatás egyénenként változik, csak statisztikai módszerrel mutatható ki elváltozás, ez a sztohachasztikus (véletlenszerű) hatás. Általában 10-15 év lappangási idővel megjelenő sejtbuijánzást eredményezhet, vagy örökletes tulajdonságokat változtathat meg. A radontól és a bomlástermékeitől származó egészségkárosító kockázat nagysága arányos a levegőben levő koncentrációk nagyságával. A 222 Rn-nak, illetve leánytermékeinek, az egészség károsító hatását, a tüdőrák megjelenésének valószínűségét az uránbányászok között végzett epidemiológiai felmérések bizonyították. 23
Mócsy Ildikó, Néda Tamás, Szacsvai Kinga 4. Balneoterápiás helységek és vizsgálati módszerek Négy kiemelt fontossággal bíró helységet választottunk Erdély Nyugati részén: Bagos, Félix, Margita fürdőket, valamint a Székelyföldön Tusnád fürdőt. Bagos (Bogi?) Zilah megyében található, termál vizéről nevezetes fürdőhely, amelyet 1254-ben Bogus, majd 1594-től Baghossként említenek. A 38-42 C vize kénes, szódás és bikarbonátos. Egyéni (kádas) és medencés (csoportos) terápiát idegbántalmak, nőgyógyászati és mozgást korlátozó bántalmak kezelésénél alkalmazzák. Nyitott medencéje strandként működik. Félix fiirdő (Bäile Felix) 1662-ben Fürdőbánya néven vált ismerté. Neve Helchces Féix premontrei kanonoktól származik. 1900-tól, mint Európa leggazdagabb termálvízzel rendelkező fürdőhelyét jegyzik. A 49 68 C-os forrásait már 1800-as évektől ellenőrzött formában alkalmazták csúz, idült bőrkiütések, köszvények és aranyerek gyógykezelésénél. Egyéni, csoportos kezeléseket alkalmaznak. A nyitott és fedett strand egész évben fogadja a turistákat. Margita (Marghita) 64 C-os termál vizét gyógykezelésre a poliklinika keretében alkalmazzák, de ugyanakkor a felszerelt camping szabadtéri medencével is rendelkezik, amelynek medencéit termálvízzel táplálják. Tusnád fürdőn (Bäile Tudnád) 1842-1845 között megépítették az első fürdőházakat és 1968-ban városi rangot kapott, majd 1975-ben nemzetközi fürdőhelyé nyilvánították. Több ásványvíz forrás közül a 15 C-ost hasznosítják gyógykezelésekben, a Poliklinika keretében. Meghatároztuk a források, illetve a kádak és a medencék vizének radon aktvitás- koncentrációját, és hőmérsékletét. Zárt mérőrendszert alakítottunk ki, amelyben a Curie edénybe helyezett 1,5 1 elemzésre használt vizet buborékoltattuk egy kézi pumpa segítségével és jutattuk el a Zn(Ag)-al bevont kamrába, amelyet alfa mérőhöz csatlakoztattunk. 3 óra elteltével (akkor áll be az egyensúly a radon és a leányelemei között) olvastuk le az alfa beütés számokat és számítottuk ki az aktivitás-koncentrációt. A rendszer hitelesítését azonos körülmények között ismert aktivitással végeztük el. Összehasonlításként a kolozsvári ivóvizet is elemeztük. Azokban a helyiségekben, ahol ásvány- és termálvizet alkalmaznak a gyógykezelésben, megmértük a levegő radon és leányelemeinek koncentrációját különböző körülmények és alkalmazott terápiás módszerek között. A méréseket Prassi és AlphaGuard mérőműszerekkel végeztük. Összehasonlítottuk az adott fürdő külső levegőjének radon koncentrációjával a belső terekben mért értékeket. A leányelemek meghatározására 3.Sympor szűrőpapírt használtunk, 5 perces levegő átáramoltatása után 5, 15 és 30 percenként mértük a szűrőpapír alfa 24
Ásvány- és termálvizek terápiás alkalmazása és az abból adódó dózisok aktivitását, majd kiszámítottuk a leányelemek koncentrációját (Tsivoglou módszerével). A levegő radon aktivitás koncentrációjának alapján becsültük meg a betegek és a személyzet által kapott többlet dózis értékét, figyelembe véve a radonos környezetben eltöltött időt, a légzési sebességet, a nemet, az életkort, stb. A dózis számításokat, a következő légzési sebességértékekkel számoltunk: egy felnőtt ember légzési sebessége 1,7-1,9 m 3 levegő óránként nehéz fizikai munka végzéskor, 1,5 m 3 levegő óránként könnyű munkavégzéskor 0,75 m 3, irodai munkánál 0,54 m 3,'pihenéskor és alváskor 0,45 m 3 fel: 5. Eredmények és tárgyalás Az ásvány- és termálvíz elemzések eredményeit a 2. táblázatban tüntettük 2. Táblázat Az ásvány- és termálvíz száraz sótartalma, hőmérséklete és radon Sor Fürdőhely Száraz Hőmérséklet Radon-aktivitás szám sótartalom ( C) koncentráció (Bq/1) (ß/1) 1 Bagos 0,77 38-42 23,7 ±3,1 2 Félix 0,73 49-68 22,9 ± 1,9 3 Margita 2,82 64 15,7 ± 1,0 4 Tusnád 2,48 15 6,9 ±1,0 5 Kolozsvári csapvíz 0,02 14 0,8 ± 0,2 A termálvizek magasabb radon aktivitás koncentrációját az ásványvízhez képest, a radon oldhatóságával magyarázzuk. A forrásvizekre kapott radon értékek abban az érték-intervallumban vannak, amelyekkel az irodalomban is találkoztunk. A levegő radon aktivitás-koncentrációját kezelések közben határoztuk meg és a kapott értékéből becsültük meg a betegek belső dózis többletét. A kapott eredményt a 3. táblázatban ábrázoltuk. A legmagasabb aktivitás-koncentráció értékeket ott találtuk, ahol a szellőztetés nem volt megfelelő, illetve az egyéni kádas kezeléseknél. A radon kiáramlásának nagysága a víz mennyiségétől és a terem légterének nagyságától is fiigglev. > lev. medence V ^viz J kod 25
Mócsy Ildikó, Néda Tamás, Szacsvai Kinga Mivel a mi eseteinkben a medence lég és víz térfogatának aránya sokkal nagyobb volt, mint az egyéni kádas kezeléseknél, a kiáramlott radon nagyobb térben oszlott el. A betegek dózis számításánál az alkalmazott kezelési időtartamot vettük figyelembe amely 20-40 percig terjedt, illetve egy kúra időtartama 18 és 21 nap között változott. Az egészségügyi személyzet dózis többlete 5x, illetve 9x magasabb volt, mint a betegek által kapott dózis. 3. Táblázat A radon és leányelemeinek aktivitás-koncentrációja és az abból adódó dózisok Sor szá m Fürdőhely Kezelési helyiség Átlag radon és leányelem koncentráció (Bq/m 3 ) Rn Rn A A hörgők által elnyelt dózis (Gy/év) Egyenérték dózis a hörgőkben (msv/év) Egyéni 498 423 356 318 0,62-1,49-1 Bagos Csoportos 278 237 174 164-0,44-1,06 Váróterem 50 45 26 18 - - - - Külső 8 7 5,4 0,02 0,06 levegő Felix Egyéni 280 226 188 176 0,50-1,22 - Csoportos 170 151 119 109-0,36-0,84 2 Pav.2 Váróterem 80 70 48 10 - - - - Felix Egyéni 118 108 130 120 0,15-0,69 - Csoportos 115 103 100 10-0,15-0,67 Compl. Váróterem 25 15 11 9 - - - - 2 Külső 16 9 7 5 0,08 0,10 levegő Egyéni 170 148 124 118 0,34-0,82-3 Margita Csoportos 65 58 48 40-0,16-0,38 Váróterem 43 38 23 9 - - - - Külső 12 9 5,4 4,9 0,08 0,12 levegő Egyéni 280 244 202 186 0,62-1,49-4 Tusnád Csoportos 180 160 128 120-0,44-1,06 Váróterem 210 185 120 57 - - - - Külső 12 9 5 0,08 0,11 levegő Rn B RnC 26
Ásvány- és termálvizek terápiás alkalmazása és az abból adódó dózisok 6. Következtetések A különböző ásvány- és termálvizek radon aktivitás koncentrációja széles intervallumban található. A gyógykezelésben felhasznált vizek, a hőmérsékletüknek függvényében vegyítettek csapvízzel, emiatt minden kezelésnél külön kell megmérni a víz és a belőle kiáramló és felgyülemlő radon aktivitás koncentrációt. Azokban a termekben, ahol a szellőztetés megfelelően biztosított, alacsony radon aktivitás-koncentráció értékeket mértünk. Annak ellenére, hogy az utóbbi időben az ásvány- és termálvizek hasznosítása a gyógyászatban fellendülőben van, még mindig nagyon sokat tehetünk a lakosság sugártöbbletének csökkentésére. Javaslat: A Kárpát-medence közös geológiai tulajdonságából adódik, hogy gazdagok vagyunk ásvány- és termálvízforrásokban, gázgőzölgőkben (moffetákban) és egy közös EU pályázat célja lehetne elkészíteni ezeknek a rendkívül értékes természeti kincseknek a naprakész kataszterét. Ki kéne használni a mai technika adottságait és meghatározni ezen vizek kémiai összetételét illetve radioaktivitását, valamint javaslatot tenni fogyasztásának mennyiségére és felhasználásának lehetőségeire, a belső terek mikroklímájának ismeretében (8,9). Irodalomjegyzék 1. Baradács E., Hunyadi I., Csige I., Dezső Z.: Vízminták 226Ra- és 222Rn-tartalmának meghatározására szolgáló maratottnyom-detektoros eljárás kalibrálása, (in Hung.) Magyar Kémiai Folyóirat, 108,2002, 421-425 2. Baradács E., Dezső Z. Hunyadi I., Csige I, Mócsy I., Makfalvi Z. Somay P Felszínalatti vizek maratottnyom-detektoros eljárással mért 222Rn- és 226Ratartalma. Magyar Kémiai Folyóirat, 108, 2002, 492-498 3. Baradács E., Mócsy I., Hunyadi I. Dezső Z., Makfalvi Z., Somay P.: A hargitai borvizek rádiumtartalma. A Kárpát-medence l'sványvizei Tudományos Konferencia. Csíkszereda, 2004. július 29-30. Szerk.: Lányi Sz., Lieb P., Makfalvi Z. Csíkszereda, Hargita Kiadó, 2004, 116-120 4. Hunyadi I., Csige I., Hakl J., Baradács E., Dezső Z.: Radon and radium measurements in water with etched track detector. Proceedings of IRPA Regional Congress on Radiation Protection in Central Europe. Budapest, Hungary, 23-27 Aug., 1999. Budapest, 2000, 173-179 5. Köteles Gy., Mócsy I., Niki I., Szerbin P.: A radon, környezetünk természetes forrása, Egészségtudomány, XLII, 1988, 169-177 27
Mócsy Ildikó, Néda Tamás, Szacsvai Kinga 6. Mócsy I., Dezső Z., Hunyadi I., Baradács E.: Effective doses based on 226Ra activity concentration at daily consume of mineral water. Proceedings of IRPA Regional Congress on Radiation Protection in Central Europe. Budapest, Hungary, 23-27 Aug., 1999. Budapest, 2000, 426-429 7. Mócsy I., Néda T. és mások: Radon a Kárpát-medencében, Ábel Kiadó, Kolozsvár, 2007 8. Néda T., Szakács A., Mócsy I., Cosma C.: Radon Concentration levels in dry CO2 emanations from Harghita Bai, Romania, used for currative purposes, Journal of Radioanalitical and Nuclear Chemistry, vol. 277, No. 3,2008 9. Néda T., Szakács A, Cosma C., Mócsy I.: Radon concentration measurements in mofettes from Harghita and Covasna Counties, Romania, Journal of Environmental Radioactivity, vol. 99, No. 12, p. 1819-1824, 2008 28