DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS

DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS Radon és leánytermékei okozta sugárterhelés vizsgálata barlangban, épületekben Szerző: Szeiler Gábor Kémiai és Környezettudományi Doktori Iskola Készült: Radiokémiai és Radioökológiai Intézet Pannon Egyetem Veszprém 2012

Radon és leánytermékei okozta sugárterhelés vizsgálata barlangban, épületekben Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében *a Pannon Egyetem Kémiai és Környezettudományi Doktori Iskolájához tartozóan.* Írta: Szeiler Gábor **Készült a Pannon Egyetem... iskolája/ programja/alprogramja keretében Témavezető: Dr. Somlai János Elfogadásra javaslom (igen / nem) (aláírás)** A jelölt a doktori szigorlaton... % -ot ért el, Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom: Bíráló neve:...... igen /nem. (aláírás) Bíráló neve:......) igen /nem. (aláírás) ***Bíráló neve:......) igen /nem. (aláírás) A jelölt az értekezés nyilvános vitáján...% - ot ért el Veszprém/Keszthely,. a Bíráló Bizottság elnöke A doktori (PhD) oklevél minősítése... Az EDT elnöke 3

Tartalomjegyzék Bevezetés célok... 9 1. Irodalmi rész... 11 1.1. A lakosság sugárterhelése... 11 1.1.1. A természetes eredetű sugárterhelés... 12 1.1.1.1. Földkérgi eredetű (primordiális) sugárterhelés... 12 1.1.1.2. A radontól származó sugárterhelés... 13 1.2. Radon... 13 1.2.1. A radon legfontosabb tulajdonságai... 13 1.2.2. Talaj mint radonforrás... 18 1.2.3. Radon az épületekben... 19 1.2.4. A radon egészségügyi hatása... 21 1.2.4.1. Determinisztikus hatás... 22 1.2.4.2. Sztochasztikus hatás... 22 1.2.4.3. Hatás összefoglalás... 23 1.2.5. Szabályozások... 24 1.2.5.1. Nemzetközi szabályozások... 24 1.2.5.2. Magyarországi szabályozás... 25 1.2.6. Radon felmérések rövid áttekintése... 26 1.2.7. Radon előfordulása barlangokban... 28 1.2.7.1. A barlangok osztályozása... 28 1.2.7.2. Hegyláb típusú barlangok... 29 1.2.7.3. Tapolcai Tavasbarlang... 30 1.2.8. A települések bemutatása... 31 1.2.8.1. Bakonycsernye leírása... 31 1.2.8.2. Nádasdladány leírása... 32 1.2.8.3. Ajka leírása... 33 1.3. Radon és bomlástermékei koncentrációjának meghatározása... 34 1.3.1. A radon mérési módjai... 34 1.3.1.1. A radon mérése közvetlen módon... 34 1.3.1.2. A radon mérése közvetett módon... 35 1.3.2. Radon mérési módszerek... 35 1.3.2.1. Pillanatnyi mintavételes mérési módszer... 35 1.3.2.2. Folyamatos mérési módszer... 35 1.3.2.3. Integrális mérési módszer... 36 1.3.3. Alkalmazható detektorok... 36 1.3.3.1. Szcintillációs rendszer... 36 1.3.3.2. Ionizációs kamra... 37 1.3.3.3. Félvezető detektoros rendszer... 37 1.3.3.4. Szilárdtest-nyomdetektor... 37 1.3.4. Leányelem mérési módszerek... 38 1.3.4.1. Folyamatos mérési módszer... 38 1.3.4.2. Pillanatnyi mintavétel mérési módszer... 39 1.4. Gamma dózisteljesítmény mérése... 39 1.5. Számítási meghatározások... 40 1.5.1. Egyensúlyi ekvivalens koncentráció számítása... 40 1.5.2. Egyensúlyi faktor számítása... 41 4

1.5.3. Az egyes évszakos átlagból az éves átlagos koncentráció szorzófaktorokkal való becslése... 41 2. Kísérleti rész... 44 2.1. Vizsgálati helyszínek ismertetése... 45 2.1.1. Bakonycsernye... 45 2.1.2. Nádasdladány... 46 2.1.3. Ajka... 46 2.1.4. A Tapolcai Tavasbarlang... 47 2.2. Alkalmazott mérési eszközök, módszerek... 47 2.2.1. Radim 2P,Radim 3 radon monitorok... 47 2.2.2. Pylon WLx radon leánytermék mérő... 49 2.2.3. Automess környezeti dózisteljesítmény mérő... 50 2.2.4. Szilárdtest nyomdetektor integrális radonkoncentráció mérésére... 51 2.2.4.1. Radonkoncentráció személyi dozimetria eszköze... 52 2.2.5. Alphaguard PRQ 2000 radon monitor... 52 2.2.6. Mérőeszközök kalibrálása... 54 2.3. Számítási módszerek... 54 2.3.1. Szilárdtest nyomdetektoros mérés esetén számolt radon aktivitás koncentráció számítása... 54 2.3.2. Radon és leányelemeitől származó sugárterhelés számítása... 56 2.3.3. Sugárterhelés számítás gamma dózisteljesítményből... 56 2.4. Eredmények ismertetése... 57 2.4.1. Radonkoncentráció évszakos változása... 57 2.4.1.1. Bakonycsernye... 57 2.4.1.2. Nádasdladány... 62 2.4.1.3. Ajka A csoport... 65 2.4.1.4. Ajka B csoport (salakos lakások)... 70 2.4.1.5. Összegzés... 76 2.4.2. Szellőztetési vizsgálatok... 80 2.4.2.1. A szellőztetés, mint radon csökkentő beavatkozás hatásossága... 83 2.4.2.2. Összegzés... 84 2.4.3. Barlangi radonkoncentráció változása, dolgozók sugárterhelése... 85 2.4.3.1. Barlangi mérések... 85 2.4.3.2. Összegzés... 91 3. Összefoglalás... 93 4. Irodalomjegyzék... 96 5. Tézisek... 101 6. Theses... 104 7. Mellékletek... 107 Köszönetnyilvánítás... 112 5

Kivonat A szerző doktori munkája során elemzett három magyarországi település 182 lakásának éves radon aktivitás koncentráció átlagát, illetve az évszakos változását, valamint meghatározta a lakásokban a gamma dózisteljesítményt. A mért adatokból becsülte a radontól származó lekötött effektív dózist, illetve a gammasugárzástól származó effektív dózis eloszlását. E mellett vizsgálta számos lakás napszaki radonkoncentráció változásait is. Munkája során figyelembe vette a vonatkozó nemzetközi ajánlásokat, EU-beli és a magyarországi szabályozásokat, a bennük található ajánlások, mérési eljárások és saját mérési eredmények figyelembevételével meghatározta az évszakos korrekciós faktorok és az éves átlagok viszonyát. A nemzetközi irodalomban használatos évszakos korrekciós faktorok használhatóságát igazolta olyan lakásoknál, amelyek építéséhez bizonyíthatóan nem használtak salak építőanyagot. Ezzel szemben a vizsgált 192 lakás közül 25 magas rádium tartalmú salakot építőanyagként tartalmazó lakás esetén ezek a korrekciós faktorok nem használhatóak, évszakos arányuk az éves átlaghoz viszonyítva nem olyan hullámzó, egész évben kiegyenlítettnek tekinthető. Vizsgálta egy bizonyítottan salakot tartalmazó lakásban, hogy a szellőzés, mint radon aktivitás csökkentési mód, hatásosabb az eddig véltnél. Megfelelő szellőztetési gyakoriságot választva mind a radon aktivitáskoncentráció, másrészt az egyensúlyi faktor is csökkenthető, melynek eredményeképpen a sugárterhelést meghatározó EEC is jelentősen csökken. Meghatározta azt az optimális szellőztetési gyakoriságot, amelynél az EEC kellően alacsony és a szellőztetés miatti energia veszteség sem magas. A dolgozat harmadik feladata egy barlangi környezetben történő radonkoncentráció mérés, és az ott dolgozók sugárterhelésének becslése volt, a 16/2000 (VI.8.) EüM rendeletben meghatározott szabályozás szerint. Mérési eredmények alapján meghatározta, hogy a barlangban dolgozók esetén átlagosan 10 msv/év a sugárterhelés, ami néhány személynél meghaladja a 20 msv/év dóziskorlátot is, illetve hogy szoros összefüggés van az éves átlagos légtéri radonkoncentrációból és a személyi doziméterekkel mért radonkoncentrációból becsült lekötött éves effektív dózis között. Továbbá megállapításra került, hogy az éves átlagos radonkoncentráció, illetve a szabadban mért éves átlagos hőmérséklet és nyomás között nincs egyértelmű korreláció. 6

Abstact In his work the author analysed the annual radon activity concentration average of 182 dwellings in three Hungarian settlements, their seasonal changes; and also gamma dose rate measurement was performed. Based on the results the bound effective dose originating from radon and the effective dose originating from gamma radiation were evaluated. Taking the relevant international recommendations and Hungarian regulations into account the relationship between the seasonal correction factors and the annual average were identified for dwellings with building material containing coal slag and not containing coal slag. In a dwelling built using building material containing slag the efficiency of ventilation as a way of reducing radon activity was surveyed. With the appropriate frequency of ventilation both radon activity concentration and the equilibrium factor can be reduced, therefore, EEC specifying radiation dose also considerably decreases. The third task was the measurement of radon concentration in a cave and assessing the radiation dose of those working there according to the regulations set out by the decree No. 16/2000 (VI.8.) of the Ministry of Health. Based on the measurement results it was found that the radiation dose of the workers in the case was 10 msv/year on average, also exceeding the dose limit 20 msv/year in case of some persons. Abriss In der Dissertation wurden der Jahresdurchschnitt und die saisonale Änderung der Radonaktivitätskonzentration von 192 Wohnungen in drei ungarländischen Siedlungen untersucht. Weiterhin wurden Messungen von Gamma-Dosisleistung durchgeführt. Aus den Ergebnissen wurden die von Radon stammende Folgedosis bzw. die von der Gammastrahlung stammende effektive Dosis geschätzt. Mit der Berücksichtigung der darauf bezogenen internationalen Empfehlungen und der ungarländischen Regelungen wurde die Beziehung zwischen den saisonalen Korrektionsfaktoren und dem Jahresdurchschnitt im Falle von Wohnungen bestimmt, die mit und ohne Kohlenschlacke gebaut worden waren. Es wurde in einer Wohnung, die Schlacke als Baumaterial enthielt, untersucht, wie wirksam die Lüftung als Reduzierungsmöglichkeit für die Radonaktivität ist. Bei der häufigen Belüftung kann sowohl die Radonaktivitätskonzentration als auch der Gleichgewichtsfaktor reduziert werden. 7

Dadurch wird auch die gleichgewichtsäquivalente Konzentration (EEC), die die Strahlenbelastung bestimmt, bedeutend reduziert. Drittens wurden die Messung der Radonkonzentration in einer Höhlenumgebung und die Schätzung der Strahlenbelastung der dort arbeitenden Menschen laut der in 16/2000 (VI. 8.) EüM (Ministerium für Gesundheit) Verordnung bestimmten Regelung durchgeführt. Es wurde anhand von Messergebnissen festgelegt, dass die Strahlenbelastung im Falle von in der Höhle arbeitenden Menschen durchschnittlich 10 msv/jahr, was bei einigen Personen auch die Dosisgrenze von 20 msv/jahr übersteigt. 8

Bevezetés célok A természetes eredetű sugárterhelés két fő forrása a földkérgi radioizotópoktól származó külső gamma dózis, illetve a sugárterhelés több mint felét kitevő radon (és leánytermékei) Ráadásul ezek az értékek különleges esetekben nagymértékben eltérhetnek az átlagtól jelentős sugárterhelés többletet okozva mind a lakosság, mind az alkalmazottak körében. Napjainkban egyre szigorodó ajánlások születnek meg a nemzetközi sugárvédelmi szervezeteknél, hogy megelőzzék az extrém sugárterhelést. Megállapítást nyert (WHO 2009 kiadványa), hogy a tüdőrákos megbetegedéseknél a radon a 2. helyet foglalja el, mint kiváltó ok. Ezért mind a munkahelyeken, mind lakóépületekben célszerű un. cselekvési szinteket megállapítani. Az ICRP ajánlásában szereplő cselekvési szint betartása esetén is azonban 100-szor nagyobb sugárterhelést kaphatunk a lakásunkban, mint amennyit egy atomerőmű környezetében élő lakos az atomerőműtől. Hazánkban sajnos a radonkoncentrációra vonatkozó szabályozás még csak munkahelyekre vonatkozik. Így előfordul, hogy valaki nagyobb sugárterhelést kaphat a saját lakásában, mint amekkora a dolgozóra vonatkozó korlát a sugárveszélyes munkahelyen. Mindez alátámasztja a mérések, szabályozások, illetve a radonkoncentrációt csökkentő beavatkozások vizsgálatának, kidolgozásának jogosultságát. Munkám során ilyen helyeken kialakuló radonkoncentráció és gammadózisteljesítmény értékeket mértem, illetve vizsgáltam a szellőztetés gyakoriságának hatását a sugárterhelés csökkentése szempontjából. Célom egyrészt azt igazolni, hogy a magas rádiumtartalmú ajkai szenek eltüzelése során keletkezett salak építkezéseken történt felhasználása sok esetben jelentős sugárterhelés többletet okoz az épületekben lakóknál a normál építőanyagból készült házak lakóihoz viszonyítva. Vizsgáltam a radonkoncentráció csökkentési lehetőségei közül a legegyszerűbbnek tűnő módszert, azaz a gyakori szellőztetés hatását. A korábban a szakirodalomban leggyakoribb mérések mellett én nem csak a radonkoncentráció változását határoztam meg, hanem a tényleges sugárterhelést okozó leánytermékek koncentrációváltozását is. 9

Földalatti munkahelyeken is magas radonkoncentráció alakulhat ki, így bányákban, barlangokban különösen fontos lehet a radonkoncentráció és az ott dolgozók radon és leánytermékeitől származó sugárterhelés meghatározása. Munkám során részletesen a Tapolcai Tavasbarlangban végeztem erre vonatkozó méréseket. 10

1. Irodalmi rész 1.1. A lakosság sugárterhelése A bioszféra így az ember már a Föld keletkezése óta mindig és mindenhol ki van téve különböző mértékű sugárzásnak. Az ember tevékenysége következtében napjainkban ez a sugárzás a természetes komponenseken kívül mesterséges forrásból is származhat. Egyes estekben technológiai sugárterhelésről is beszélhetünk, amely természetes radionuklidtól származik ugyan, de az ember kiszélesedett mozgástere, lakókörnyezetének, életkörülményeinek átalakulása révén jelentkezik. Az embert érő természetes és mesterséges sugárzásokat ismerteti az 1. táblázat. 1. táblázat: Az embert érő sugárzások megoszlása [1.] Komponens Évi effektív dózis (msv) Természetes források Kozmikus sugárzás 0,38 Kozmogén radioizotópok 0,02 Terresztrális (földkérgi) sugárzás 2,00 külső 0,46 belső 1,54 Ebből radon és leányelemei 1,30 Összes természetes 2,40 Mesterséges források Orvosi alkalmazások (röntgen, stb.) kb. 0,43 Egyéb (TV nézés, repülőút) kb. 0,10 Atomenergia 0,01 Kutatás, oktatás 0,01 Atomfegyver kísérletek 0,01 Nukleáris balesetek (Csernobil) 0,02 Összes mesterséges 0,60 Mindösszesen 3,00 A táblázat alapján a természetes és mesterséges eredetű sugárforrásokból származó expozíció népességgel súlyozott világátlaga 3 msv/év, ebből 2,4 msv/év-et, több mint 11

70 %-ot tesz ki a természetes sugárterhelés. A természetes források az utóbbi évtizedekben újra a figyelem középpontjába kerültek, a természetes komponens nagy aránya miatt, ezenkívül úgy tűnik, hogy a korábban mért értékek nem helytállóak, a valódi dózis magasabb, illetve erősen idő- és helyfüggő. Egyes források hatása kevésbé, másoké erősen ingadozik a földrajzi elhelyezkedés, az időjárás, illetve talajviszonyok szerint így a világ különböző részein jelentősen eltérő értékeket kaphatunk, ezek szórása akár többszörös is lehet. Svédországban pl., a gránitos kőzetek nagymértékű előfordulása miatt, az összes sugárterhelés a világátlagnak akár a kétszeresét is elérheti. [2., 3.] Választott témám szempontjából fontos, hogy a természetes sugárterhelés több mint felét a radon és bomlástermékei teszik ki. A radon-problémával az utóbbi évtizedben kezdtek behatóbban foglalkozni. 1.1.1. A természetes eredetű sugárterhelés A természetben előforduló sugárzásból származó sugárterhelést nevezzük természetes eredetű sugárterhelésnek. Több forrása lehetséges, így a kozmikus sugárzások, illetve a kozmikus sugárzás és a légkör atomjai között lejátszódó kölcsönhatás során keletkező kozmogén radionuklidok, továbbá a föld kialakulásakor már jelen lévő, de hosszú felezési idejük miatt máig le nem bomlott földkérgi eredetű (primordiális) radioizotópok és ezek bomlástermékei által okozott sugárterhelések. A természetes eredetű sugárzást háttérsugárzásnak is nevezik, s értékét nagymértékben befolyásolják a környezeti tényezők. Részletesen a földkérgi eredetű radionuklidokkal és azon belül a radonnal foglalkozom munkám során, így ezt a két forrást a továbbiakban bővebben kifejtem. 1.1.1.1. Földkérgi eredetű (primordiális) sugárterhelés Ma már csak azok a természetes radioizotópok és bomlástermékeik találhatók meg a Földön, melyeknek felezési ideje összemérhető a Föld korával. Dózisterhelés szempontjából az alapvető primordiális radionuklidok a 40 K, 232 Th és 238 U. A 87 Rb és 235 U csak másodlagosak. A 232 Th és 238 U bomlási sorában található radioizotópok többsége dozimetriai szempontból jelentős. Számos helyen monitorozzák a természetes 12

eredetű radioizotópokból származó gamma-sugárzás okozta sugárterhelést. A vizsgált országokban, az átlagérték szabadban, 1 m magasságban: 24 és 160 ngy/h között változik. Népességgel súlyozott világátlag 59 ngy/h. A gamma dózisteljesítmény nagy része a 238 U sorban a 214 Pb és a 214 Bi, míg a 232 Th sorban a 208 Tl és a 228 Ac radioizotópoktól származik. A Föld felszíni külső dózishoz a 30 cm-nél mélyebben fekvő kőzetek radionuklidjai már alapvetően nem járulnak hozzá. A 238 U, 232 Th és 40 K átlagos koncentrációja a talajban 33, 45 illetve 420 Bq/kg. A magas 226 Ra, 232 Th és bomlástermékeit tartalmazó ásványok miatt a világ néhány helyén a levegőben mért dózisteljesítmény jóval magasabb az átlagosnál (pl. India, Irak, Szudán). Egyes helyeken 12000-30000 ngy/h. A terresztriális gamma-sugárzásból származó külső sugárterhelés népességgel súlyozott világátlaga 0,48 msv. Gyerekek és csecsemők esetén ez az érték 10 ill. 30%-kal magasabb. Belső sugárterhelés szempontjából - a külön tárgyalt 222 Rn izotópot nem tekintve a táplálékláncban mindig előforduló 40 K a legjelentősebb. A légzéssel és élelemfogyasztással a szervezetbe kerülő földkérgi radionuklidok okozta belső effektív dózis 0,29 msv, amelyből 0,17 msv a 40 K-tól, 0,12 msv a 238 U és 232 Th radionuklidtól, és leányelemeitől származik. [4., 5.] 1.1.1.2. A radontól származó sugárterhelés Mivel a természetes sugárterhelés több mint a fele (1,3 msv/év) a 222 Rn-tól származik, ez az izotóp külön figyelmet érdemel. A talajból kiáramló radon a szabadban gyorsan felhígul, de zárt terekben (lakások, munkahelyek) feldúsulhat. Lakásokban mérhető évi átlagos radon-koncentráció világátlaga 40 Bq/m 3, szabadban 5-10 Bq/m 3. [4.] 1.2. Radon 1.2.1. A radon legfontosabb tulajdonságai A radon színtelen, szagtalan gáz, forráspontja -62 C, olvadáspontja -71 C, így szobahőmérsékleten gáz halmazállapotú. A természetben előforduló egyik legnehezebb 13

gáz, a VIII. főcsoportban található nemesgázok egyike, rendszáma 86. Csak radioaktív izotópjai ismertek 204-től 224-ig terjedő tömegszámokkal. Lezárt külső elektronhéjának köszönhetően nem (vagy kevésbé) képes kémiai kötést kialakítani más elemekkel. Így könnyen és nagy távolságokra képes migrálni keletkezési helyétől. A természetben előforduló három radioaktív bomlási sor mindegyikében megtalálható egy-egy izotópja (2. táblázat). 2. táblázat: A legfontosabb bomlási sorokban található radon izotópok adatai [6.] Bomlási sor 238 U Rádium anyaelem 226 Ra 1622 év Felezési idő leányelem Felezési idő Potenciális alfa-energia a rövidéletű bomlási sorban 222 Rn (radon) 3,8 nap 19,2 MeV 232 Th 235 U 224 Ra 3,6 nap 223 Ra 11,7 nap 220 Rn (toron) 55,6 mp. 20,9 MeV 219 Rn (aktinon) 3,9 mp. 20,8 MeV Az emberiség sugárterhelése szempontjából az 238 U bomlási sorához tartozó 222 Rn a legjelentősebb, mert relatíve hosszabb felezési ideje lehetővé teszi a talaj felső rétegéből való kijutását, ami feldúsulva a légtérben a lakosság természetes eredetű sugárterhelésének több mint felét okozza. (1. ábra) 1. ábra: A 238 U bomlási sora [7.] 14

Meg kell említeni azonban a tórium radioaktív bomlása során keletkező 220 Rn hatását is, ám ennek az izotópnak a sugárterheléshez való hozzájárulása csak akkor jelentős, ha a légtér közeli talaj felső rétegében magas a 232 Th koncentráció. (2.ábra) 2. ábra: A 232 Th bomlási sora [7.] A harmadik izotóp a 219 Rn. (3.ábra) Az ettől származó sugárterhelés jelentéktelen, mivel alacsony felezési idejének köszönhetően már a keletkezése helyén elbomlik, ezért nem képes a talajból kidiffundálni, valamint a talaj 235 U tartalmának csekély volta miatt ( 235 U/ 238 U=0,00725). 15

7,04 10 8 év 235 U 25,52 óra 231 Th 3,28 10 4 év 231 Pa 18,7 nap alfa bomlás 21,77 év 237 Ac 227 Th béta - bomlás 11,43 nap 21,8 perc 223 Fr 223 Ra 219 Rn 1,78 10-3 mp 215 Po 36,1 perc 211 Pb 3,96 mp 10-4 mp 215 At 2,17 perc 211 Bi 4,77 perc 207 Tl 0,52 mp 211 Po 207 Pb 3. ábra: A 235 U bomlási sora [7.] Dolgozatom témája a 222 Rn meghatározása különböző zárt légterekben, ezért a további megnevezés erre az izotópra vonatkozik. Összefoglalva a következő táblázat tartalmazza a radon fő fizikai tulajdonságait. (3. táblázat) 3. táblázat: A radon fizikai tulajdonságai [8.] Rendszám 86 Tömegszám 200-226 Elektronkonfiguráció (Xe) 4f 4 5d 10 6s 2 6p 6 Ionizációs potenciál (ev) 10,7 Olvadáspont ( C) -71 Forráspont ( C) -62 Sűrűség (kg/m 3 ) gáz ( C-on, 760 Hgmm) 9,73 folyadék (-62 C) 4.400 Oldhatóság vízben 20 C-on (m 3 /m 3 víz) 0,23 Levegőre von. relatív oldhatósága vér 0,5 zsírok 16 Szorpciós koefficiens (m 3 /kg) szén (20 C) 2-6 gránit 10-4 kvarc 3 10-5 16

A radon a kőzetekben, talajban lévő rádiumból keletkezik, mennyiségét ezért elsősorban az anyag 226 Ra aktivitás-koncentrációja határozza meg, és csak úgy képes a felszínre, vagy a nagyobb földalatti terekbe jutni, ha ki tud lépni a kristályok és a talaj szemcséinek pórusai közé. [9.] A radon alfa-bomlással keletkezik a 226 Ra-ból: γ 222 4 88 Ra 86 Rn 2He (1) 226 Rádium bomlásakor a szilárd fázisban keletkező radon egy része kerül csak ki a pórustérbe vagy becsapódik a szemközti szemcsébe a visszalökődés miatt, a többi része a szilárd fázisban marad, és ott bomlik tovább. Ezek után a radon mozgását két fizikai folyamat határozza meg: a diffúzió, mely a koncentrációkülönbségen alapul, a pórusokat kitöltő közeg (folyadék, gáz) mozgása, amely magával viszi a radont (konvekció). Ezt a pórustérbe kerülést nevezzük emanációnak (ε). ε = pórustérbe kijutott radon/kőzetekben keletkezett radon (2) Az emanációt befolyásoló tényezők a következők (elsősorban talaj minőségi paraméterek) : Szemcseméret Porozitás Nedvességtartalom Sűrűség Ra-eloszlás A légtérbe kiáramló radon fluxusa (exhaláció) az egységnyi felületen, egységnyi idő alatt kiáramló radon aktivitása. Az exhaláció mértékegysége Bq/m 2 s. [9.] Az exhalációt közvetlenül és közvetve befolyásoló tényezők: a pórusközti tér radon-koncentrációja, a talaj gázáteresztő képessége, a talaj nedvességtartalma, 17

a talaj szemcseszerkezete, az emanációs tényező, a napszak, az évszak, az időjárási viszonyok, árapály effektus. Látható, hogy a rádium jelenléte adott területen még nem feltétlenül jelenti a légtéri radon-koncentráció megnövekedését, hiszen ez függ az emanációtól és exhalációtól, amit igen sok más tényező befolyásol. [9., 6.] Mivel a radon a talajban és a kőzetekben található rádiumból keletkezik, az atmoszférába jutó radon legnagyobb része a talajból származik. A másik, bár kevésbé jelentős forrás a talajvíz. Amint az a 4. táblázatból kitűnik, az egyéb radon források szinte elhanyagolhatóan kis százalékban járulnak hozzá a koncentrációhoz. 4. táblázat: A légköri radon forrásai [2.] Forrás Atmoszférába kerül (Bq/év) Százalékos megoszlás Talaj 7,4x10 19 79% Talajvíz 1,85x10 19 19,7 % Óceánok 1,11x10 18 1,18 % Foszfát maradványok 1,11x10 17 0,12 % Urán gyártás salakanyaga 7,4x10 16 0,079% Szén maradványok 7,4x10 14 0,00079 % Természetes gáz 3,7x10 14 0,000395 % Szénégetés 3.7x10 13 0,0000395 % 1.2.2. Talaj mint radonforrás Az atmoszférába jutó radon közel 80 %-a föld felső rétegeiből származik. A 222 Rn különösen laza talaj esetén, akár 1-3 méter mélységből is kiáramolhat. Különböző méréseket végeztek a radon, toron koncentráció mélység összefüggésének vizsgálatára, úgy találták, hogy vertikális gradiens figyelhető meg, a talajgáz radon, toron koncentrációjának maximuma 1 méternél található. Mennyiségét a 224 Ra és 226 Ra határozza meg, és mivel e 18

két izotóp az uránból és a tóriumból keletkezik, ez utóbbiak aktivitáskoncentrációja határozza meg. Az urán, tórium a legtöbb kőzetben jelen vannak, általában nyomnyi, néhány g/t mennyiségben. A tórium általában 3-szor nagyobb koncentrációban található meg, de nagyfokú eltérések lehetnek. Meghatározó e tekintetben a kőzet típusa és kémiai összetétele. Üledékes kőzetekben, mészkőben és homokkőben általában kicsi a koncentráció, hasonlóképpen bázikus vulkáni kőzetekhez. Ezzel ellentétben a savas vulkáni kőzetekben nagyobb mennyiség található, néhány ásványban pedig különösképpen feldúsulhat. A Föld magjához közeledve az U és Th mennyisége a mélység függvényében csökken. A radon a kőzetszemcsékben elhelyezkedő rádiumatomokból alfa bomlással keletkezik, majd az energia- és lendület megmaradás törvényei szerint visszalökődik. A visszalökődött radon atom kinetikus energiája 86 kev, átlagos úthossza kőzetszemcsében 20-70 nm, vízben 100 nm, levegőben 63 m. 5. táblázat: A radon előfordulása (zárójelben extrém magas értékek szerepelnek) [2.] Előfordulási hely Aktivitás-koncentráció (kbq/m 3 ) Talajban 1 méterre 5,0-22,0 Szabad levegőn (Szárazföld felett) 2-10 10-3 (Óceán felett) 2-22 10-5 Földgázokban 10 10-3 -54 Vizekben 10 10-5 -10 Zárt helységekben 0,002-0,5 (100) Uránbányákban 10 10 3 Szénbányákban 0,2-0,5 Egyéb ércbányákban 0,1 10 3 Radonos fürdőkben 0,37-4,44 (55) Alagutakban 0,1-2,22 1.2.3. Radon az épületekben A szabad levegőn mérhető radonkoncentráció általában olyan alacsony értékű, hogy problémát nem okoz, zárt térben, különösen bizonyos építőanyagokból épült házakban, ill. pincehelységekben azonban feldúsulhat. Az első beltéri radon méréssorozatot 1956-ban közölték, amely magas radonszinteket mutatott ki néhány 19

olyan házban, amelyet nagy rádiumtartalmú agyagpalát tartalmazó betonból építettek. [10.] A csaknem 20 évvel későbbi, több ország lakásaiban végzett radon-felmérések kimutatták, hogy a lakásokban a radonszint rendkívül széles tartományokban mozog, néhány Bq/m 3 -től egészen 10000 Bq/m 3 -ig terjedhet, a szabadban mért értékeknél általában 400-500 %-kal magasabb. A radon többféle módon juthat az ember környezetében található zárt terekbe: Radon kiáramlás a talaj felső rétegéből, ha kijutott a pórusközi térbe A magas rádiumtartalmú építőanyagokból Szellőzés révén a külső levegőből is kerülhet beáramlás során Radon felszabadulás vezetékes földgáz és ivóvízrendszerből A legjelentősebb hányadot az első két kijutási forrás jelenti, amit a 4. ábra és a 6. táblázat mutat be. 4. ábra: A lakóhelyi radon különböző forrásai 6. táblázat: Radon források átlagos megoszlása az épületen belül [11.] Radonforrás Földgáz Víz Külső levegő Építőanyag + talaj %-os megoszlás 3,9 5,2 13 77,9 20

Egyes építőanyagok (pl. salakok) rádium koncentrációja is magas értéket érhet el, s az ezek felhasználása során a légtérbe jutó radon szintén nem elhanyagolható. Az építőanyagok szerepe kettős: egyrészt sugárforrást jelenthetnek, másrészt a külső sugárzást leárnyékolhatják. A masszív, téglából, kőből, betonból készült házak a külső sugárzást hatásosan elnyelik és az épületben várható dózisteljesítményt - egyebek mellett - az építőanyagokban lévő természetes eredetű radioizotópok koncentrációja határozza meg. Melegítés vagy a fajlagos felület növelésének hatására, pl. zuhanyozáskor a vízben oldott radon egy része diffúzióval a légtérbe kerül, kismértékben megnövelve ezzel a sugárterhelést. A felhasználásra kerülő vizek radonkoncentrációjának világátlaga 10 3 Bq/m 3. A főzésre felhasznált földgáz égéstermékei a benne található radonnal együtt a levegőbe kerülhetnek, ezáltal növelve a radon aktivitáskoncentrációt. 2.] 1.2.4. A radon egészségügyi hatása A radon egészségkárosító hatása nem annyira a radon, hanem elsősorban a rövidéletű bomlástermékeinek belégzése révén jelentkezik. A belélegzett radon nagy része ugyanis a kilégzés során el is távozik a szervezetből, ám a keletkező bomlástermékek a levegő aeroszol részecskéire abszorbeálódhatnak. Ezek a radon bomlásából keletkező polónium, ólom, bizmut izotópok, melyek közös jellemzői, hogy radioaktívak és felezési idejük fél óránál rövidebb. Ezek a fématomok tapadnak hozzá a levegő apró porszemcséihez, majd ezekkel együtt lélegezzük be őket. A porszemcsék egy része a tüdőben, elsősorban az elágazásoknál megtapad és az aeroszolokhoz tapadt és itt elbomló leányelemek által kibocsátott alfa és/vagy béta sugárzások a tüdő hámsejtjeit károsítják. A tüdő egyes sejtjei eltérő mértékben érzékenyek. A hörgők elágazásainál megtapadt részecskék például a hörgőhám rendkívül érzékeny osztódó sejtrétegét, illetve a kiválasztó sejteket és ezek sejtmagjait bombázzák alfarészecskékkel. A bomlástermékek belégzéséből eredő sugárterhelés megnöveli a tüdőrák kialakulásának valószínűségét, mely az esetek túlnyomó többségében halálos 21

kimenetelű. A tüdőrák kialakulásának megnövekedett kockázatát alátámasztja a betegség rendkívül gyakori előfordulása az urán- szén- és ércbányászok körében, valamint számtalan állatkísérlet. Tapasztalatok alapján a néhány 100 msv effektív dózisnál nagyobb radon sugárterhelés esetén a tüdőrák kialakulásának valószínűsége arányosan növekszik a sugárterhelés mértékével. A radon kockázatát tovább fokozhatja a dohányzás. A cigaretta és a radon egymás hatását kölcsönösen felerősítik. A rák kialakulásának esélye akár 1500 %-kal is növekedhet. Ennek oka, hogy a füst képes megkötni a radon leánytermékeit és akár több órán át levegőben tartani. A radon és cigarettafüst halálos párosa minden jelenlévőre egyformán veszélyes, nemcsak a dohányzóra. [12., 13.] A szervezet más részeibe a tüdőből a véráramon keresztül juthat el a radon illetve a nem kötött leányelemek, így tehát tulajdonképpen az egész szervezet szennyeződhet. A belégzésen kívül súlyos ártó hatása lehet még a magas radon tartalmú ivóvizek elfogyasztásának, mely szintén jól becsülhető sugárdózist jelent a gyomor számára. Ezenkívül a bőrfelületet szennyező radon bomlástermékei a bőrhám osztódó sejtjeit károsíthatják. 14., 15., 10. Az ionizációs sugárzásoknak, alapvetően kétfajta biológiai hatása lehetséges: sztochasztikus, illetve determinisztikus hatás. 1.2.4.1.Determinisztikus hatás A determinisztikus hatások csak nagy dózisoknál lép fel, ilyen jellegű sugárterhelés a radon esetén csak nagyon extrém körülmények között léphet fel, így ezzel itt nem foglalkozom. 1.2.4.2. Sztochasztikus hatás Sztochasztikus hatásoknak nevezzük azokat a hatásokat, amelyek valószínűségi jellegűek. Tehát adott dózis esetén megmondható a sztochasztikus hatások fellépésének valószínűsége, vagy gyakorisága egy nagyobb népesség esetén, de soha nem mondható 22

meg, hogy konkrétan kinél lépett fel az adott hatás a sugárzás miatt. Ezek a hatások ugyanis többlet sugárzásnak nem kitett populációban is gyakran előfordulnak. 5. ábra: A sztochasztikus hatás súlyosságának függése a dózistól [16.] Az átlagos természetes háttérsugárzás (kb. 2,4 msv) nagyságánál kisebb többletterhelés is megnövelheti a sztochasztikus hatásokat - a daganatokat és örökletes károsodásokat. A radon sztochasztikus hatását először uránbányászok körében ismerték fel, akik több ezer Bq/m 3 aktivitású levegőt lélegeztek be a bányában. A tapasztalatok szerint 500 Bq/m 3 aktivitású munkahely 0,3 %-kal növelte a tüdőrák kockázatát. Az Egészségügyi Világszervezet (WHO) már 1988-ban megállapította a radonnak és bomlástermékeinek rákkeltő hatását. Több nemzetközi tanulmány szerint 400-600 Bq/m 3 radonkoncentráció felett egyértelműen kimutatható a kockázat növekedése. [17.] 1.2.4.3. Hatás összefoglalás Fontos és mindeddig megválaszolatlan kérdés, hogy alacsony dózisok esetén létezik-e egy küszöbszint, mely alatt a sugárzásnak nem tulajdoníthatunk káros hatást, vagy pedig minden sugárzási szint, a mértékével arányos kockázati tényezőt jelent. Más szóval, lehet-e extrapolálni a magasabb dózisoknál tapasztalható egészségügyi kockázatot egészen a 0 szintig. Ha így teszünk, akkor ugyan a maximális biztonságot 23