Please enable / Bitte aktiviere JavaScript!
Veuillez activer / Por favor activa el Javascript![ ? ]
sobota, 03 grudnia 2011 18:01

Badania aktywności materiałów budowlanych oraz wybranych składników środowiska

Oceń ten artykuł
(1 głos)

Promieniotwórczość to nie wynalazek- to odkrycie; było zawsze, jest i najprawdopodobniej trwać będzie. Temat ten został w bardzo trafny sposób ujęty w nagłówku broszury z serii „Ochrona przed promieniowaniem” część 1: „Jesteśmy zanurzeni w morzu promieniowania”.


Wstęp


Postęp cywilizacji jest przyczyną licznych zmian w warunkach naszego bytu. Również technologia bu budownictwa uległa w ostatnich kilkudziesięciu latach poważnym zmianom, także w Polsce. Zmiany te przejawiają się m.in. w użyciu nowych materiałów konstrukcyjnych. Specjaliści z dziedziny budownictwa i drogownictwa zauważyli możliwość eksploatacji żużlów wielkopiecowych i paleniskowych, będących produktem ubocznym przemysłu hutniczego. Wykorzystanie tych materiałów w gospodarce spowodowane jest względami ekonomicznymi; rozwój przemysłu powoduje sukcesywne narastanie hałd odpadowych.

Poza tym ważną rolę w życiu codziennym pełnią takie materiały jak asfalt oraz od dawna używana- cegła. Wszystkie materiały: te wytworzone przez człowieka jak i surowce naturalne posiadają specyficzny poziom radioaktywności, który uwarunkowany jest składem chemicznym (zawartością poszczególnych radionuklidów), miejscem występowania lub wytworzenia, a także sposobem produkcji.

Naturalne radionuklidy obecne w surowcach pochodzą z szeregów promieniotwórczych, a sztuczne zostały uwolnione do środowiska w wyniku awarii obiektów jądrowych lub (w szczególności) na skutek użycia broni nuklearnej.



Przygotowanie próbek i metody pomiarów


Rozpadowi promieniotwórczemu większości radionuklidów towarzyszy emisja promieniowania gamma o charakterystycznej energii. Znając wartość tych energii można określić, który izotop występuje w badanej próbce. Można również oznaczyć aktywność poszczególnych radionuklidów przeliczoną na jednostkę masy próbki.

Badaniu poddanych zostało pięć próbek o masach nie mniejszych niż 0,5 kilograma.

  • cegła czerwona
  • asfalt drogowy
  • węgiel brykiet
  • gleba (z Łodzi)
  • żużel paleniskowy (stosowany w drogownictwie)

Wszystkie materiały zostały przygotowane do pomiarów przez dokładne ich rozdrobnienie.


Aparatura pomiarowa:
  • próbki na czas pomiaru umieszczone w pojemnikach Marinelli
  • mierzone przy pomocy detektora 802-22 Canberra NaI (Tl)
  • użyte zostało oprogramowanie Genie 2000
  • osłona licznika scyntylacyjnego: domek ołowiowy o grubości 5 cm
  • Czas pomiaru próbek był nie mniejszy niż 160000s i nie większy niż 320000s
  • Aktywność otrzymana przez porównanie powierzchni prążków γ badanego radionuklidu z prążkiem γ z materiału odniesienia (standard IAEA)

Na podstawie wydrukowanych wyników badań została opracowana tabela ilustrująca stężenie aktywności poszczególnych radionuklidów zawartych w badanych materiałach.

Wyniki pomiarów i wnioski






Z przedstawionych danych widzimy, że aktywność potasu-40 jest najwyższa w przypadku czerwonej cegły. Wynosi ona ~ 611 Bq/kg, podczas gdy aktywność tego samego izotopu w próbce brykietu jest czterokrotnie mniejsza. Dość duże stężenie aktywności radionuklidu K-40 wykazuje zbadana próbka asfaltu drogowego (~ 405 Bq/kg). Wierzchnia warstwa gleby pobranej w Łodzi oraz żużel paleniskowy nie przekracza aktywności 300 Bq/kg . Te podwyższone stężenie aktywności izotopu K-40 w cegle czerwonej w stosunku do pozostałych zbadanych próbek najprawdopodobniej spowodowane jest jej składem chemicznym. Głównym składnikiem cegle są związki chemiczne zwane glinokrzemianami. W skład tycz cząsteczek wchodzi potas, a jak wiadomo naturalny potas zawiera 0,0117% promieniotwórczego potasu-40. Podczas produkcji cegły, część organiczna ulega spaleniu, co jest z kolei przyczyną zagęszczenia związków nieorganicznych zawierających potas.

Pomimo, że gleba również zawiera wyżej wspomniane glinokrzemiany (np. ortoklaz: K2Al2Si6O16), to jednak składnikiem stanowiącym znaczny procent gleby jest krzemionka (SiO2). Natomiast brykiet złożony jest przede wszystkim z węgla, toteż stężenie potasu w jego próbce jest niewielkie (co widać z wyników badań).

Rad-226 jest naturalnym radioizotopem; występuje w rudach uranu (w ilości 6*10-7ppm- skorupa ziemska). Obecny jest również w różnych materiałach wykonywanych z surowców naturalnych. Po dokonaniu analizy otrzymanych wyników, widać, że aktywność radu-226 w jednostce masy, nie jest jednakowa dla wszystkich materiałów. Wyraźnie wyróżnia się żużel, w którym stężenie aktywności radu-226 jest prawie 14-krotnie większe od wartości stężenia tego samego radionuklidu w próbce brykietu. Stosunkowo wysoka (bo tylko przeszło 3-krotnie niższa od aktywności żużlu) jest aktywność cegły czerwonej. Jest ona najprawdopodobniej spowodowane obecnością dużych ilości związków wapnia w cegle. Możemy przypuszczać, że rad, jako pierwiastek II grupy układu okresowego, leżący trzy miejsca pod wapniem, będzie miał właściwości zbliżone do właściwości wapnia. To może być z kolei przyczyną obecności pewnych ilości związków radu w minerałach wapnia.

Stężenie aktywności radionuklidu Ra-226 w próbce gleby z Łodzi, wynoszące ~19 Bq/kg jest zgodne z danymi zawartymi w najnowszym „Radiologicznym Atlasie Polski” z 1997 roku. Według wyników badań przedstawionych w Atlasie, aktywność Ra-226 w glebie na obszarze Łódzkim jest mniejsza lub równa 20 Bq/kg . Dane zawarte w wyżej wspomnianej publikacji są również zbliżone do danych, jakie otrzymałam z badań stężenia aktywności potasu-40 w glebie. Według danych z Atlasu wartość ta wynosi około 300 Bq/kg, natomiast moje pomiary wskazują wartość ~ 273 Bq/kg.

W środowisku występują liczne naturalne izotopy promieniotwórcze. Oprócz tego również sztuczne- działalność człowieka stała się przyczyną obecności w środowisku sztucznych izotopów radioaktywnych. Z reguły mają one bardzo krótkie okresy połowicznego zaniku, przez co ulegają rozpadowi po upływie krótkiego odcinka czasu (np. 253Es T 1/2= 20,47 dni). Istnieją również izotopy, u których okres półrozpadu wynosi np.30 lat. Do takich izotopów należy m.in. cez-137. Jego rozmieszczenie w powierzchniowej warstwie gleby na terenie Polski jest nierównomierne, jak i nie jest jednakowe jego stężenie w różnych materiałach. W Łodzi wynosi ona przeszło 5 Bq/kg . Jednak wysokie stężenie tego radionuklidu obserwujemy w węglu brykiecie. Jest ono blisko 10 razy większa od stężenia tego samego radionuklidu w łódzkiej glebie. Czym to jest spowodowane? Węgiel ten był wydobywany na Śląsku, i jednocześnie obserwujemy z „Radiologicznego Atlasu Polski” (1997), że stężenie aktywności cezu-137 w glebie ze Śląska wynosi aż 118 Bq/kg! Na podstawie tych danych można wnioskować, że podczas produkcji brykietu został on zanieczyszczony pewnymi ilościami gleby. Stad spektrometr zarejestrował aktywność pochodzącą z zanieczyszczeń brykietu.

Aktywność radu-226 została obliczona jako średnia ważona z aktywności obu prążków gamma radioizotopu ołowiu-214.

Interesujące byłoby obliczenie przydatności cegły, asfaltu drogowego i żużlu paleniskowego do użycia w budownictwie.

Na podstawie Rozporządzenia Rady Ministrów z dnia z 3 grudnia 2002 (Dz. U. N 220, poz. 1850) zawartość naturalnych izotopów promieniotwórczych w surowcach i materiałach stosowanych w budynkach przeznaczonych na pobyt ludzi lub inwentarza żywego, ustala się za pomocą wskaźników aktywności:


f1, określający zawartość naturalnych izotopów promieniotwórczych
f2, określający zawartość radu Ra-226 które nie mogą przekraczać o więcej niż 20% f1=1 i f2 =200 [Bq/kg]. Wskaźniki aktywności są zdefiniowane wzorami:




SK-40, SRa-226 i STh-228 oznaczają odpowiednio aktywności promieniotwórcze izotopów: 40K, 226Ra i 228Th, wyrażone w bekerelach na kilogram [Bq/kg].

Na podstawie przeprowadzonych badań, oraz przytoczonych norm przedstawiono maksymalne dopuszczalne stężenie izotopu toru-228 (ze względu na brak danych dotyczących realnej zawartości tego izotopu w zbadanych materiałach niemożliwe jest obliczenie wartości wskaźników aktywności). Podano tylko maksymalną dopuszczalną zawartość Th-228 w zbadanych próbkach:


Stężenie aktywności toru-228 w zbadanej cegle czerwonej nie może przekroczyć 177 Bq/kg,
w asfalcie drogowym: 201,5Bq/kg
w żużlu paleniskowym: 148 Bq/kg
Stężenie aktywności radu-226 w każdym z materiałów budowlanych mieści się w ustalonej normie.

Jak widać z wyżej zamieszczonych obliczeń i wniosków, promieniotwórczość jest nieodzownym elementem naszego życia. Izotopy radioaktywne o określonych aktywnościach występują także jako naturalny składnik środowiska, a oznaczone aktywności dla wybranych izotopów w zbadanych próbkach są na tych poziomach. Dlatego wykorzystanie zjawiska promieniotwórczości powinno wzbudzać zaufanie społeczeństwa, gdyż dobrze poznane i zbadane może ułatwiać życie, a pomiary promieniowania mogą być przyczyną ciekawych, unikalnych odkryć.


Podziękowania

Autorka pracy dziękuje mgr inż. Marcinowi Olszewskiemu z Międzyresortowego Instytutu Techniki Radiacyjnej Politechniki Łódzkiej za udostępnienie spektrometru gamma niezbędnego do przeprowadzenia pomiarów oraz za podarowane publikacje naukowe.




Artykuł napisał:
Adela Magdalena Szewczyk

Czytany 7285 razy Ostatnio zmieniany niedziela, 04 grudnia 2011 19:12
Więcej w tej kategorii: « Bojowe środki chemiczne
Zaloguj się, by skomentować