Pracownia Badania Powietrza w Zakładzie p-ii instytutu Problemów Jądrowych



Pobieranie 45.16 Kb.
Data09.05.2016
Rozmiar45.16 Kb.
Pracownia Badania Powietrza

w Zakładzie P-II Instytutu Problemów Jądrowych

Dr Bogna Mysłek – Laurikainen

e-mail bogna@india.ipj.gov.pl
1. Intuicyjnie możemy wyliczyć szkodliwe dla nas czynniki, stale występujące w naszym środowisku, będące niekiedy ubocznym skutkiem naszej cywilizacji:

  • Nadmierne zapylenie

  • Hałas - powodowany przez transport, czy przemysł – również rozrywkowy – nie każdy chce mieszkać obok dyskoteki, stadionu czy „wesołego miasteczka”;

  • Związki chemiczne, które przez swoja obecność w powietrzu, glebie, wodzie czy pożywieniu mogą być niebezpieczne dla naszego zdrowia – na przykład barwniki żywności czy konserwanty

  • Nie jonizujące promieniowanie elektromagnetyczne - emitowane z przekaźników radiowych, anten nadawczych licznych stacji telewizyjnych czy przekaźników telefonii komórkowej;

  • Promieniowanie elektromagnetyczne o takiej energii, że może ono zjonizować atomy ośrodka – takim promieniowaniem może być nadfiolet, promieniowanie rentgenowskie czy promieniowanie gamma;

  • Korpuskularne promieniowanie jonizujące, nazywane alfa lub beta – dokładniej o własnościach tego promieniowania dowiedzą się Państwo więcej w innym punkcie programu dzisiejszej wycieczki.

2. W naszej Pracowni:

a) badamy zapylenie powietrza

b) sprawdzamy, czy w zawiesinie drobnych cząsteczek w powietrzu (aerozolu) znajdują się substancje promieniotwórcze. Staramy się również zidentyfikować, które to izotopy promieniotwórcze, obecne we wdychanym przez nas powietrzu są źródłem obserwowanego promieniowania jonizującego.

c) wyznaczamy zawartość substancji promieniotwórczych w niektórych produktach żywnościowych.

d) wyznaczamy zawartość substancji promieniotwórczych w innych próbkach środowiskowych, np. w glebach czy mchach..

3. W naszej Pracowni można dowiedzieć się :



  • Co to są aerozole (zawiesiny) atmosferyczne?

  • Co to jest filtr powietrza i jakie ma własności? W naszej aparaturze przez każdy filtr tygodniowo przepompowujemy około ( 60 000  80 000 ) m3 powietrza.

  • Jaki jest związek pomiędzy obecnością aerozoli i zapyleniem? Możemy wyznaczyć zapylenie przez ważenia filtru. Uwaga - filtr powietrza po wysuszeniu ważymy na wadze o dokładności ..

  • Możemy obejrzeć różnice zapylenia – oglądając czysty filtr oraz widząc różnice pomiędzy filtrami z różnych miesięcy zimy i lata. W 2000 roku zapylenie w okolicach Otwocka wynosiło od 20 g/m3do 90 g/m3 ..

  • Nasza stacja, podobnie jak pozostałe stacje sieci europejskiej, wymienia filtry co tydzień, w poniedziałki, o godz.12:00. Adres: Świder, ul Brzozowa 2.Jeżeli zajdzie taka potrzeba, filtry wymieniane są częściej. Każdy filtr mierzony jest dwukrotnie

  • Pierwszy pomiar  ok. 40 minut po zakończeniu pompowania , trwający ok. 1 godz., celem określenia zawartości izotopów o stosunkowo krótkich czasach życia takich jak np. izotop jodu, 131I (czas połówkowego zaniku tego izotopu wynosi ok. 8 dni ). Izotop 131I jest produktem rozszczepienia 235U przez neutrony termiczne (a więc jest albo produktem albo mógł powstać przy wybuchu nuklearnym), często jest stosowany w medycynie, pojawienie się tego izotopu (a jest on lotnym , łatwo sublimującym pierwiastkiem) w badanej próbce może oznaczać, że zaszło jedno z trzech możliwych zdarzeń:

  • Wybuch jądrowy w atmosferze – np. test broni nuklearnej – obecnie zakazany na mocy umów międzynarodowych

  • Awaria reaktora – zarówno badawczego jak i energetycznego – po pożarze elektrowni w Czarnobylu pierwszym izotopem zaobserwowanym w atmosferze w całej Europie był właśnie131I.

  • Rozszczelnienie aparatury lub kontenerów transportowych w których znajduje się izotop 131I, przeznaczony do zastosowań w medycynie – na terenie ośrodka w Świerku znajdują się zakłady farmaceutyczne POLATOM, gdzie produkowane są różne radiofarmaceutyki, zawierające również 131I.

  • Zasadniczy pomiar wysuszonego aerozolu osadzonego na filtrze wykonujemy po sprasowaniu materiału filtru do standardowych rozmiarów, jednakowych dla wszystkich stacji badania powietrza w całym kraju. . Ten pomiar trwa 80 000 sekund ( ok. 22 godzin): rozpoczyna się w środy o godz. 12:00 i kończy się w czwartek, ok. godz. 10. Celem tego pomiaru jest stwierdzenie – dla każdego sprasowanego filtru – obecności długożyciowych izotopów promieniotwórczych i wyznaczenie ich aktywności. Znając ilość przepompowanego powietrza określamy tym samym koncentrację danego izotopu w badanym powietrzu.

  • Mierzymy koncentrację następujących izotopów :

  • kosmopochodnego 7Be, o czasie połówkowego zaniku 53,3 dni,

  • izotopu ołowiu , 210Pb ( produktu promieniotwórczego rozpadu jednego z izotopów uranu , 238U ), o czasie połówkowego zaniku ~ 22 lat ,

  • promieniotwórczego izotopu potasu 40K, izotopu o niezwykle długim czasie połówkowego zaniku ok. 1,28·109 lat, będącego składnikiem gleby a więc i kurzu czy pyłu w badanym przez nas aerozolu (w Polsce potas stanowi ok. 3% ciężaru gleby). Zawartość promieniotwórczego izotopu, 40K , w stosunku do całej masy pierwiastka potasu K wynosi tylko 0,0117 % całkowitej liczby atomów – ale ponieważ całkowita ilość potasu w glebie jest bardzo znaczna, promieniowanie izotopu 40K jest stale obecne w naszym środowisku.

  • powstających w wyniku działań człowieka ( antropogennych) promieniotwórczych izotopów cezu, 137Cs (o czasie połówkowego zaniku ~30 lat) i 134Cs (o czasie połówkowego zaniku ~2,5 lat). Pierwszy z nich, 137Cs, to produkt reakcji rozszczepienia uranu czy plutonu, może pojawiać się w atmosferze po próbnych wybuchach (testach) broni nuklearnej oraz w wyniku awarii reaktora. Drugi izotop, 134Cs, powstaje w wyniku wychwycenia neutronu przez naturalny cez ( czyli izotop 133Cs ), który jest jednym ze składników betonu – a z betonu buduje się osłony reaktorowe. Oba te promieniotwórcze izotopy cezu ,137Cs i 134Cs , mogą pojawić się jednocześnie w wyniku awarii reaktorowych - tak było po pożarze elektrowni w Czarnobylu .

  • wyznaczamy koncentrację wszystkich innych izotopów promieniotwórczych, które pojawiły się w badanym filtrze ( np. izotopu jodu, 131I, który jako produkt rozszczepienia uranu, powstaje w reaktorach lub podczas testów broni nuklearnej ). Ten izotop jodu produkowany jest naszym reaktorze badawczym MARIA i przetwarzany na radiofarmaceutyki w zakładach POLATOM na terenie Świerka - jego pojawienie się w badanym przez nas powietrzu może więc świadczyć o niesprawnych instalacjach w POLATOM’ie

  • Rzut oka na wyniki wieloletnich pomiarów pozwala stwierdzić, jakiego izotopu jest obecnie najwięcej, oraz stwierdzić, jaka była sytuacja radiologiczna w latach poprzednich.

  • W naszej pracowni działa układ pomiarowy – spektrometr germanowy – do wyznaczania energii i intensywności promieniowania gamma. Najważniejsze jego części , to:

  • Kryształ germanu, półprzewodnikowy – to zasadnicza część aparatury, detektor – inaczej „wykrywacz” - promieniowania gamma;

  • Tzw. elektronika – zasilacze wysokiego i niskiego napięcia, wzmacniacz impulsów wywołanych przez promieniowanie gamma w krysztale germanu;

  • Analizator amplitudy (wysokości) impulsów zarejestrowanych przez kryształ – czyli karta analizatorowa w PC;

  • Układ do wizualizacji widma – monitor PC;

  • Oprogramowanie układu – „software” – steruje kartą analizatora, wizualizuje zarejestrowane impulsy, tworząc na monitorze PC tzw. WIDMO promieniowania gamma, czyli wykres, w którym na osi X jest energia promieniowania, a na osi Y natężenie (ilość na jednostkę czasu) impulsów o danej energii . Rejestrujemy widmo w zakresie od 30 keV do 4 000 keV.

  • Jak badamy obecność substancji promieniotwórczej obecnej w badanym materiale?

  • Spektrometrem germanowym mierzymy energię emitowanego promieniowania gamma;

  • Wyznaczamy natężenie tego promieniowania;

  • Ustalamy, jakie izotopy znajdują się w badanej próbce i uwaga – SPRAWDZAMY, CZY NIE POJAWIŁY SIĘ W PRÓBCE IZOTOPY SZTUCZNIE WYTWARZANE;

  • Wyznaczamy koncentrację izotopów znalezionych w badanej próbce – dla powietrza oznacza to zawartość izotopu w 1m3 ;

  • Przez porównanie z poprzednimi pomiarami powietrza lub innymi pomiarami podobnych próbek ustalamy, czy wyznaczona koncentracja izotopu jest taka, jak poprzednio, czy też może nastąpiła nagła zmiana – KAŻDA ZMIANA WYMAGA WNIKLIWEGO WYJAŚNIENIA : staramy się dociec, co jest powodem pojawienia się nowego izotopu lub dlaczego koncentracja typowego, zaobserwowanego wcześniej izotopu, uległa nagłej zmianie;

  • W sytuacji, , gdy pojawi się pytamy inne stacje, czy obserwują taki sam efekt – inaczej mówiąc, sprawdzamy, czy pojawienie się danego izotopu w powietrzu jest sprawą lokalną oraz ustalamy, co jest prawdopodobną przyczyną zaobserwowanego efektu.

  • Obecnie obowiązujące Prawo Atomowe wymaga, aby stosowanie izotopów promieniotwórczych w nauce, technice czy medycynie było pod rygorystyczną kontrolą odpowiednich służb; substancje promieniotwórcze NIE MOGĄ wydostawać się ze stosowanej aparatury izotopowej.

Wyniki systematycznych pomiarów powietrza, tydzień po tygodniu, rok po roku, widzą Państwo na ścianie.

W naszej pracowni mierzymy również próbki gleby, mchów i porostów, żywności , popiołu, materiałów budowlanych



  • Jeżeli systematycznie pomierzymy izotopy promieniotwórcze w glebie, mierząc podobne ilości gleby, pobrane w podobny, ściśle ustalony sposób, i umieszczone w typowych pojemnikach pomiarowych – tzw. naczyniu typu Marinelli – to otrzymujemy informację o występowaniu określonych izotopów na danym terenie. Powstaje wtedy t. zw. MAPA RADIOLOGICZNA .

  • Na ścianach maja Państwo mapy , obrazujące rozmieszczenie uranu, toru, potasu i oraz promieniotwórczego izotopu cezu, 137Cs, na terenie całej Polski – na podstawie 20 000 punktów pomiarowych , oraz dodatkowe mapy dla aglomeracji warszawskiej, gdzie uwzględniono 5500 punktów pomiarowych, pomiary co 1,5 km.

Wyniki pomiarów dla okolic Świerka w latach 1991 – 2001





Przedmiot

badania

Jednostki


Wyniki pomiarów

aerozoli

Kosmopochodny


7Be

T½ = 53,3 dnia


Bq/m3


1 000 – 10 000




210 Pb,

T½ = 22,3 lat

produkt rozpadu 238U

Bq/m3


100 – 1 000




40K

długożyciowy, naturalny składnik gleby w Polsce

T½ = 1,28x109 lat

Bq/m3


2 – 50



137Cs

produkt reakcji rozszczepienia

uranu lub plutonu,

pochodzi z awarii reaktorów lub

z wybuchów broni nuklearnej

T½ = 30 lat


Bq/m3


0,1 - 10




  1. Oprócz takich, jak w naszej pracowni, dużych, skomplikowanych stacjonarnych spektrometrów, chłodzonych ciekłym azotem, osłoniętych warstwami ołowiu i miedzi „elektrolitycznej” możemy zobaczyć, jak wygląda niewielki, przenośny radiometr, potocznie nazywany „żelazkiem”. Taki radiometr zawiera kilka liczników, najczęściej typu Geigera-Mullera, i jest wyskalowany w odpowiednich jednostkach, pozwalających natychmiast ocenić, czy np. zaobserwowane promieniowanie może być dla człowieka niebezpieczne. Przenośnym „żelazkiem” możemy sprawdzić, jakie jest promieniowanie gamma izotopu potasu, 40K, w kilku różnych odmianach soli kuchennej - bowiem zwykła sól to ok. 7,1 mg potasu na kilogramowe opakowanie soli, w soli dietetycznej SALVITA mamy o wiele więcej , bo 79 g potasu na opakowanie 0,5 kilograma.

  1. Jeżeli urządzenie pomiarowe ma odpowiednio dużą objętość, to badaną próbką może być KAŻDY Z NAS: takim szczególnym urządzeniem jest LICZNIK CAŁEGO CIAŁA, używany również do badania pracowników naszego ośrodka – w takim liczniku sprawdza się, czy pracownicy Świerka nie wchłonęli dodatkowej porcji izotopów promieniotwórczych.

Dlaczego dodatkowej? Dlatego, że w ciele każdego człowieka stale znajduje się trochę izotopów promieniotwórczych  są to głównie: izotop wodoru, tryt 3H, izotop węgla, 14C., izotop potasu, 40K i izotop rubidu, 87Rb. Ten temat jest szerzej omawiany w innym punkcie programu dzisiejszej wycieczki.
A oto dane o niektórych nuklidach promieniotwórczych, które są stale obecne w organizmie ludzkim [oszacowane dla ciała tzw. ’’umownego człowieka *)’’

oraz dane o związanym z nimi promieniowaniem



Pierwiastek


Izotop

Liczba


atomów

w ciele


ludzkim

Liczba


rozpadów

na sekundę

[ Bq ]

Typ


rozpadu

Energia


rozpadu

[ keV ]


Energia średnia

β >

[ keV ]


Orientacyjny

zasięg w tkance

dla β >

[ μm ]


wodór

3H

4,2 • 1010

75

β

19

5,7

0,5

węgiel

14C

7 • 1014

2690

β

156

49,5

39

potas

40K

2,5 • 1020

4340

β,γ

β 1312

γ 1461


455

1600

nie dotyczy



rubid

87Rb

1,4 • 1021

625

β

274

82

95

dla celów naukowych i statystycznych wymyślony został tak zwany ’’umowny człowiek’’– ang ’’reference man ’’- waga 70 kg, wzrost: 175 cm, pracujący 40 godz./tydzień, jego dieta to ok. 1,5 kg żywności + 1,2 litra płynów, oddychanie: 20 m3 powietrza na dobę przy umiarkowanym wysiłku fizycznym.








©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna