Radioaktivní řady v přírodě

V přírodě se vyskytuje řada radioaktivních prvků přírodního původu. Postupně se přeměňují na řadu radionuklidů, tzv. rozpadové řady.

Existují čtyři možné přeměnové řady: uran-radiová, thoriová, aktiniová a neptuniová. V přírodě se setkáváme pouze s prvními třemi. Přírodní radionuklidy se dají podle původu rozdělit do tří skupin:

• Kosmogenní radionuklidy, které vznikají průběžně jadernými reakcemi při interakci kosmického záření se stabilními prvky zejména ve vnějším obalu Země.
• Původní primordiální radionuklidy, radionuklidy, které vznikly v raných stádiích vesmíru a díky velmi dlouhému poločasu přeměny (> 10⁸ roků) se dosud vyskytují na Zemi ve významném množství (např. ²³⁸U, ²³⁵U, ²³²Th, ⁴⁰K…).
• Radionuklidy vznikající sekundárně, z původních radionuklidů tvořících přeměnové řady.

Mezi přírodní radioaktivní prvky patří uran a thorium. V zemské kůře je asi 3.10^-3 % thoria a v zemské kůře cca 2-4.10^-6 uranu. Koncentrace uranu ²³⁸U (T_1/2 = 4,51.10⁹ roků) je cca 2-4.10^-6 a uranu ²³⁵U (T_1/2 = 7,1.10⁸ roků) je cca 2-3.10^-8.

Rozpadové řady

Obr.1.4.1. znázorňuje rozpadové řady thoria ²³²Th a uranu ²³⁵U a ²³⁸U.

V těchto rozpadových řadách je ustavena tzv. radioaktivní rovnováha - její součástí je radium ²²⁶Ra. Mateřským prvkem pro řadu ²³⁵U (aktiniovou) je aktinium ²²⁷Ac.

Čtěte také: Nakládání s radioaktivním odpadem

Nuklidy rozpadových řad jsou čistými zářiči α (např.) nebo β (např.). Většinou radioaktivitu alfa (menší část i beta). Vyzařují proto i záření γ (jsou to např. preparátů).

Některé radionuklidy nakonec navazují na zmíněné základní řady. Např. isotopy ²³²Th a ^238+235U. Přírodních radionuklidů uranu a thoria.

Rozpadové řetězce lze vyjádřit rovnicemi:

• ²³²Th → 6 α + 4 β + ²⁰⁸Pb
• ²³⁸U → 8 α + 6 β + ²⁰⁶Pb
• ²³⁵U → 7 α + 4 β + ²⁰⁷Pb
• ²³⁷Np → 7 α + 4 β + ²⁰⁹Bi

Nuklidy rozpadových řad se dostávají do biosféry, do stavebních materiálech i v našich tělech.

Obr.1.4.2. Scintilační spektrum záření gama hlíny (vzorek 200g orné půdy ze střední Moravy).

Čtěte také: Úložiště Hostim: informace a fakta

Využití radionuklidů

Radionuklidy s dlouhými poločasy rozpadu se používají k měření času. K měření času je jednoduchá myšlenka: ve vzorku se měří poměr mateřského a dceřinného prvku. t = T_1/2 . ln(N_t/N₀) / ln2. Někdy se ho pokoušíme odhadnout, např. stáří předmětů a vzorků materiálů.

Např. radiouhlíková datovací metoda. Tato metoda, založená na radioaktivním uhlíku ¹⁴C, má značný ekologický význam.

Kosmické záření neustále vytváří radioaktivní uhlík ¹⁴C v atmosféře. Vznikají asi 2 atomy ¹⁴C za sekundu na 1cm³ atmosféry. Ten se zabudovává do molekul CO₂ a dostává se potravou do těl živočichů. V živých organismech je koncentrace ¹⁴C udržována na konstantní úrovni. Po smrti organismu se přísun ¹⁴C zastaví a jeho množství se snižuje v důsledku radioaktivního rozpadu. Měřením aktivity ¹⁴C ve vzorku lze určit dobu, která uplynula od smrti organismu. Aktivitu asi 0,25 Bq ¹⁴C. Je možné datovat vzorky až do stáří cca 50 tisíc roků.

Pro přesnější datování se používá korekční křivka porovnáním s jinými nezávislými metodami (např. dendrochronologie). Je berylium ¹⁰Be. ¹⁰Be se s poločasem T_1/2 1,6x10⁶ let beta- -radioaktivitou rozpadá na stabilní isotop ¹⁰B. Tato metoda se používá pro chronologie jezerních sedimentů.

Další metodou je draslík-argonové datování. Probíhá reakce ³⁹K(n,p)³⁹Ar. Obsah se stanoví hmotnostní spektrometrií. Touto metodou lze určit stáří minerálu.

Čtěte také: Zdroje radioaktivního znečištění

Isochronní technikou lze kalibrovat např. jód-xenonová chronometrie. Laboratorní metoda, která využívá radioaktivní ¹²⁹I a následnou beta-přeměnou na stabilní xenon ¹²⁸Xe. Pomocí této metody lze určit relativní stáří analyzovaného vzorku.

Radiační ochrana

Radiační ochrana je zaměřena na ochranu osob před ozářením. Dnem 1. 1. 2017 vstoupil v účinnost nový atomový zákon č. 263/2016 Sb. a jeho prováděcí předpisy, které přinesly v oblasti radiační ochrany nové změny týkající se regulace ozáření fyzických osob z přírodních zdrojů záření.

Atomový zákon definuje tři expoziční situace (dále jen ES):

• Plánované
• Nehodové
• Existující

Pro obsah přírodních radionuklidů v pitné vodě dodávané pro veřejnou potřebu a ve vodě balené jsou stanoveny referenční úroveň objemové aktivity 100 Bq/l. Nejvyšší přípustná hodnota objemové aktivity radonu je 300 Bq/l a referenční úroveň indikativní dávky z příjmu ostatních přírodních radionuklidů vyskytujících se ve vodě (s výjimkou tritia, draslíku 40, radonu a krátkodobých produktů jeho přeměny) 1 mSv/rok.

Měření radiační situace

Základním systémem, který umožňuje průběžné sledování radiační situace na území České republiky, je Síť včasného zjištění (SVZ), doplněná v okolí jaderných elektráren Dukovany a Temelín Teledozimetrickými systémy (TDS).

Dlouhodobě měřené hodnoty PFDE na území České republiky se pohybují mezi 0,1 až 0,2 μSv/hod. Z dosavadních výsledků je zřejmé, že naměřené hodnoty vykazují určité výkyvy, způsobené především sezónními vlivy, změnou počasí apod.

Integrální měření fotonových, resp. prostorových dávkových ekvivalentů (FDE/PDE), jsou dalšími měřeními určenými ke zjištění odchylek od dlouhodobého průměru jednoho ze základních parametrů pro hodnocení radiační situace, tj. příkonu fotonového, resp. prostorového dávkového ekvivalentu (PFDE/PPDE).

Při leteckém monitorování se formou okamžitého, kontinuálně prováděného, měření stanovuje příkon fotonového dávkového ekvivalentu (PFDE), který se průběžně automaticky přepočítává na výšku 1m nad povrchem země.

Radioaktivita ve vodách

Od 1.1.2017 je účinná nová verze Atomového zákona. Starý zákon 18/1997 byl nahrazen novým zákonem 263/2016. Jelikož dodavatelé pitné vody mají povinnost sledovat parametry související s radioaktivitou, podíváme se na to, jak se jejich povinnosti s novou verzí zákona mění.

Státní zdravotní ústav v Praze každoročně vypracovává Zprávu o kvalitě pitné vody v ČR. Zpráva obsahuje informace o kvalitě pitné vody dodávané z veřejných vodovodů (odběry prováděné z kohoutků). Nezabývá se tedy kvalitou vody surové a nevěnuje se individuálním zdrojům.

Sledovány byly tyto parametry související s radioaktivitou:

• Celková aktivita Alfa (tedy aktivita zářičů, které při jaderném rozpadu vyzařují heliová jádra).
• Celková aktivita Beta (při rozpadu je vyzařován elektron či pozitron).
• Aktivita radonu (alfa zářič).

Aktivita se měří v jednotkách Bq (Becquerel), u vody jako Bq/l. Hodnota 1 Bq znamená, že dochází k jednomu atomovému rozpadu za vteřinu.

V živé přírodě se běžně vyskytují radioaktivní izotopy (radionuklidy) prvků, jako je uhlík či draslík. Tyto prvky tvoří také lidské tělo a to díky tomu má přirozenou aktivitu okolo 7000 Bq. Jen draslík obsažený v lidském těle se na tom podílí asi 4400 Bq.

Radionuklidy obsažené v lidském těle se na celkovém ozáření člověka podílí z asi 9 %. Průměrně asi 50 % ozáření má na svědomí radon ve vzduchu uvnitř budov. Zbytek pak jde na vrub záření z půdy a hornin, kosmického záření a zdrojů používaných v lékařství.

Kilogram žuly má aktivitu asi 1000 Bq, radonová voda v lázních Jáchymov asi 10 000 Bq/l, zářiče pro lékařské použití mohou mít podle účelu např.

Obecně se povinnost měřit aktivitu přestala vztahovat na čistě povrchové vody. Limity se sjednotily a již se neodlišuje kojenecká voda (s přísnějšími limity) a balená přírodní minerální voda (s mírnějšími limity). Hranice aktivity radonu, do které není třeba provádět žádné zásahy, se u veřejně distribuované vody zvýšila na 100 Bq/l. Počet ročních odběrů se zvýšil pro případy, kdy se dodává více než 1000 m3 denně.

Další radionuklidy, které by se měly stanovovat, nejsou novou normou vyjmenované. Pro jednotlivé radionuklidy nejsou uvedené specifické limity, pracuje se pouze s celkovou aktivitou. Výjimkou je Radon-222, jehož nejvyšší přípustná hodnota je 300 Bq/l.

Dodavatel eviduje a uchovává naměřené výsledky. Údaje se hlásí Úřadu pro jadernou bezpečnost poprvé před dodáním a pak jednou ročně. Provádět radiologický rozbor vody pro oficiální účely mohou pouze subjekty s povolením od Státního úřadu pro jadernou bezpečnost (SÚJB).

Co se týká odpadních vod, jsou nařízením vlády 401/2015 (o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových a odpadních vod) stanoveny limity aktivity celková alfa, celková beta, cesium, radium, stroncium a tritium.

Radionuklidy jsou v přírodě naprosto běžné a tvoří přirozené radiační pozadí. Jejich rozmístění však není rovnoměrné. To se týká hlavně prvků obsažených v horninách. Proto se přirozené pozadí v různých lokalitách liší. Protože do vody se radioaktivní prvky přirozenou cestou dostávají hlavně z hornin, je jejich množství závislé na tom, jakou horninou voda protéká.

Nejčastěji voda obsahuje radon. Tento plyn se ve vodě velmi dobře rozpouští a tak může dosahovat i dost vysokých koncentrací. Na povrchu se pak z vody zase snadno uvolňuje do vzduchu. Obyvatelé jsou tak vystaveni dávkám radiace přímo z ovzduší v domě, kde se plynný radon nahromadil.

Kromě radonu se do vody mohou z hornin rozpustit také uran, thorium, radium, polonium, bismut, olovo a draslík, respektive jejich sloučeniny. Draslík se ve vodě vyskytuje naprosto běžně a má hlavní podíl na její přirozené radioaktivitě.

V důsledku lidské činnosti může docházet k intenzivnějšímu pronikání přirozených radionuklidů do vod a zvýšení jejich koncentrace.

Radionuklidy vyskytující se ve vodě, které nevznikly přirozeně, ale pocházejí z lidské činnosti (charakteristické pro ně je, že mezi nimi nejsou alfa zářiče), jsou izotopy fosforu, železa, kobaltu, stroncia, yttria, jódu, cesia a ceru. Dále pak lidskou činností často vzniká tritium. Tyto radionuklidy pocházejí z jaderných explozí, havárií jaderných reaktorů a z jaderných odpadů. Malý podíl je z lékařské a vědecké činnosti.

Z hlediska úpravy vody obsahující radionuklidy se tedy můžeme setkat se zdroji podzemní vody, které jsou kontaminované nejčastěji radonem, méně často pak uranem a dalšími přirozenými radionuklidy.

Radon se odstraňuje odvětráváním do atmosféry. K odstranění uranu lze použít silně bazický anex případně granulovaný hydroxid železitý. Uran se na náplni zachytí a nasycenou náplň, případně vody z jejího proplachu, je třeba likvidovat vhodným způsobem.

Další případ jsou vody ve speciálních provozech, kde se pracuje s radioaktivními materiály, nebo kde dochází k nežádoucímu vzniku radionuklidů.

Tabulka 1: Změny v legislativě pro dodávání pitné vody

tags: #radioaktivní #řady #v #přírodě #vyskytující #se

Oblíbené příspěvky:

• Svoz odpadu ve Slavičíně – podrobný plán
• Drtiče komunálního odpadu s vlastním motorem
• Statistiky a trendy emisí v EU
• Kvalitní kleště na sběr odpadků
• LakePark Residence u Máchova jezera: Recenze