Környezetkémia-környezetfizika

Az előadások a következő témára: "Környezetkémia-környezetfizika"— Előadás másolata:

1 Környezetkémia-környezetfizika
KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖKI BSc

2 RADIOAKTIVITÁS A KÖRNYEZETBEN
HEFOP

3 ELŐADÁS ÁTTEKINTÉSE Radioaktivitással kapcsolatos alapfogalmak
Természetes radioaktivitás Ősi izotópok Folyamatosan keletkező izotópok Radioizotópos kormeghatározás Az ember által átrendezett természetes radioaktivitás Mesterséges radioaktivitás Mesterséges radioaktív izotópok előállítása Mesterséges radioizotópok alkalmazása Mesterséges radioaktivitás a szabad környezetben HEFOP

4 Radioaktivitással kapcsolatos alapfogalmak
Izotóp. Az ugyanannyi (Z számú) protont tartalmazó atommagok (egy kémiai elem atommagjai) különböző (N) számú neutront tartal- mazhatnak. Ezek az elem különböző izotópjai. Jelölés: A vegyjel elé felső indexbe írt tömegszámmal (A=Z+N). Pl. a szén (Z=6) környezetben előforduló izotópjai: 12C, 13C, 14C. Radioaktivitás. Egyes izotópok atommagjai maguktól sugárzást bocsátanak ki, közben összetételük vagy szerkezetük megváltozik. Pl. 14C  14N, közben egy elektron és egy antineutrínó távozik Egy objektumból több keletkezik  radioaktív bomlás történik. Sugárzás. Térben rendezetten, igen nagy sebességgel mozgó, nagyon apró részecskék összessége. HEFOP

5 Radioaktivitás fajtája Kilépő részecske (sugárzás)
Magsugárzás. Atommag radioaktív bomlásában keletkezett sugárzás. Különbözik az atomhéj sugárzásaitól (fény-, hő-, röntgen-), és a kevéssé ismert eredetű kozmikus sugárzástól. Ionizáló sugárzás. Képes az útjába eső atomokból elektronokat kilökni (ionizálni). Ehhez nagy energia szükséges. A magsugárzások ionizálók (vannak más ilyenek is: röntgen, kozmikus). Radioaktivitás fajtája Kilépő részecske (sugárzás) α-bomlás He atommag (α-sugárzás) (Z kettővel, A néggyel csökken.) β-bomlás a) 1 elektron + 1 antineutrínó (β–-sugárzás) (Z eggyel nő vagy csökken, b) 1 pozitron + 1 neutrínó (β+-sugárzás) A nem változik.) c) 1 neutrínó (–) γ-bomlás 1 γ-kvantum (γ-sugárzás) (Z és A nem változik, belső szerkezeti energia csökken.) Maghasadás 2 hasadvány-mag + néhány neutron (–) (A mag két nagy részre hasad) HEFOP

6 Bomlások fontos jellemzői.
A bomlás típusa, a sugárzás fajtája és energiája jellemző az izotópra. Az α- és β-bomlás, valamint a hasadás elsődleges folyamatok, a γ-bomlás az előbbiek kísérője. Egyes izotópoknál többféle elsődleges folyamat is lehetséges. Egy elsődleges bomlást több γ-bomlás is követhet. A mag bomlása az atomhéjat is sugárzásra késztetheti. Bomlásséma. A bomlás módjának és a keletkező sugárzások tulajdon- ságainak ábrázolása egy sávdiagramon (ábra). Ezen vízszintes vonalak mutatják az atommag energiáját egy függőleges energiaskálán. HEFOP

7 Legyen N a radioaktív izotóp még el nem bomlott atommagjainak száma.
Bomlástörvény. Legyen N a radioaktív izotóp még el nem bomlott atommagjainak száma. N időben csökken az N ( t ) = N0 exp ( -λ t ) bomlástörvény szerint (ábra). A λ bomlási állandó értéke az izotópra jellemző. Az N ( t ) / N0 = 1/2 arány t = T1/2 = ln2 / λ idő múlva valósul meg, ezt felezési időnek hívjuk. -λt HEFOP

8 Aktivitás. Egy anyagdarabban időegység alatt bekövetkező radioaktív bomlások száma. Jele A, egysége a Bq (Bequerel = másodpercenkénti bomlások száma). Az aktivitás additív az anyag mennyiségére és az izotópok számára nézve. Az A aktivitás a még el nem bomlott magok N számával az A ( t ) = - dN ( t ) / dt = λ N ( t ) összefüggésben van. Egységnyi tömeg vagy térfogat aktivitását aktivitáskoncentrációnak (AC) nevezzük (Bq/kg, Bq/l, Bq/m3). Véletlenszerűség. Egy kiválasztott atommag elbomlásának pontos időpontja megjósolhatatlan. Véletlenszerű, hogy adott idő alatt mely magok bomlanak el, és melyek nem. Az időegység alatt ténylegesen bekövetkező bomlások száma véletlen valószínűségi változóként viselkedik. A fenti N, A, AC mennyiségeken a hosszabb idő átlagaként kiadódó várható értékeket értjük. HEFOP

9 Természetes radioaktivitás
1. Ősi izotópok Számuk néhány tucatnyi, de csak néhány van jelen a környezetben jelentős mennyiségben: Izotóp Bomlás Felezési idő AC a földkéregben módja (év) (Bq/kg) 40K β 1,26× 87Rb β 4,8 × 232Th α 1,41× 238U α 4,51× 235U α 7,1 × ,5 147Sm α 1,05× ,7 Ezek még a Föld keletkezése előtt, egy szupernóva-robbanásban jöttek létre, majd bejutottak a Föld anyagába. HEFOP

10 Az ősi radioaktív izotópok eloszlása a környezetben
A földkéregben, ill. a litoszférában koncentrálódnak. A Föld köpenyében és magjában jóval kisebb a mennyiségük. Talajbeli AC-juk átlagosan (Bq/kg): 40K: 400, 87Rb: 50, 232Th: 40, 238U: 40. Eloszlásuk a litoszférában egyenetlen. A magmás kőzetek többet, az üledékes ill. átalakult kőzetek kevesebbet tartalmaznak belőlük. A magmás kőzetek közül a gránitban dúsulnak legjobban. A koncentráció-eloszlás egyenetlensége az urán esetén a legnagyobb. Ez gyakran ércesedik is: az uránérc urántartalma több százalék is lehet. A tórium a ritka monazit nevű ásványban dúsul jelentősen. A talaj urán- és tórium-tartalma helyenként 10-szer, 100-szor nagyobb is lehet az átlagosnál. A vizekben az ősi izotópok közül a 40K-ból van a legtöbb, oldott káliumsók formájában. AC-ja 0,1-15 Bq/l közötti, legkisebb az esővízben és a felszíni édes-vizekben, nagyobb a felszín alatti vizekben, és legnagyobb a tengervízben. HEFOP

11 A levegőben az ősi radioaktív izotópok csak igen kis mennyi-ségben találhatók meg por- és aeroszol-szemcsékben (<10–5 Bq/m3). Élő testszövetekbe biokémiai okok miatt a 40K izotóp épül be legnagyobb mennyiségben. Különböző lények különböző szöveteiben az AC-k 1-2 nagyságrendnyit is eltérhetnek. (40K: Bq/kg, 87Rb: 1-50 Bq/kg, 238U: 0,001-0,03 Bq/kg). Felnőtt ember 40K-tartalma 60 Bq/kg, vagyis egy 70 kg súlyú emberben másodpercenként K-bomlás történik! Ahol a környezeti elemek (talaj, víz) 87Rb, 232Th ill. 238U-tartalma nagyobb az átlagosnál, ott ezek az élőlények testszöveteibe is nagyobb mennyiségben épülnek be. Az ősi izotópok mesterséges környezetünkben is jelen vannak. A kő építőanyagok ősi radioaktivitása hasonló mértékű, mint a kőzeteké, talajé. A fa 40K-tartalma hasonló a talajéhoz. A fémkohászati termékek ősi radioaktivitása az előbbiekénél jóval kisebb. A mesterséges anyagok közül legkevesebb ősi radioaktivitást a műanyagok tartalmazzák. HEFOP

12 Ősi radioaktív izotópok mennyisége különböző természetes közegekben.
Izotóp Aktivitáskoncentráció Vizek Levegő Élő testszövetek (Bq/l) (Bq/m3) (Bq/kg) 40K 0, 87Rb 0,001-0,1 0,2× 232Th 5× × ×10-4-0,01 238U 4×10-4-0,13 7× ,001-0,03 HEFOP

13 2. Folyamatosan keletkező izotópok
2.a. Természetes bomlási sorok tagjai A 232Th, 235U és 238U bomlásából keletkező 228Ra, 231Th és 234Th is radioaktív, ezek bomlástermékei is, és így tovább. A 232Th, 235U és 238U tehát egy-egy radioaktív bomlási sor első tagjai. E sorok egyenként tagból állnak, ezek meghatározott sorrendben egymásba bomlanak. Közöttük α-, β- és γ-sugárzók is vannak. A bomlási sorok tagjai egymásból, valamint eredendően a 232Th, 235U és 238U izotópokból folyamatosan keletkeznek. HEFOP

14 A 238U és a 232Th bomlási sorai HEFOP

15 Zárt rendszerben a bomlási sorok tagjainak aktivitásai megegyeznek („szekuláris” aktivitás-egyensúly): A1 = A2 = … = Ai . Ekkor egy bomlási sor összegzett aktivitása az első tag aktivitásának annyiszorosa, ahány tagja van a sornak.  232Th és a 238U bomlási sorainak együttes aktivitása (440 Bq/kg ill. 560 Bq/kg) a 40K-éhoz (850 Bq/kg) közelítő hányadát adja a földkéreg teljes aktivitásának. A zártság csak tömör kőzet belsejében állhat fenn. Laza, a környezettel anyagcserét folytató közegekben (talaj, vizek, levegő, élő szövetek) a sorok egyes tagjai távozhatnak keletkezési helyükről, így a szekuláris egyensúly sérülhet. A fentiek miatt a környezet közegeiben a 232Th, 235U és 238U izotópok mellett kisebb-nagyobb mennyiségben bomlástermékeik is megtalálhatók. A termékek egy része helyben keletkezik, más részüket transzportfolyamatok szállították oda egy másik közegből. HEFOP

16 A bomlási sorok tagjai természetes közegekben
Leginkább a kőzetekben és a talajban vannak jelen, ahol közelítőleg fennáll a szekuláris egyensúly. A 232Th és a 238U sorai és a 40K egyenként kb. 1/3 részt képviselnek a talaj teljes aktivitásában. A 232Th, 235U és 238U bomlástermékei a vizekben is meg-találhatók, a felszínen kisebb, a felszín alatt nagyobb mennyiségben. Mennyiségüket befolyásolja kémiai formájuk (vegyületeik oldhatósága). AC-juk nagyságrendileg közel van az anya-izotópokéhoz (pl. 226Ra: 5×10–4 – 0,1 Bq/l; 228Ra: 5×10–4 Bq/l). Az élő testszövetekben a biokémiai és anyagcsere-folyamatok bonyolultsága miatt a bomlástermékek AC-i különböző lények különböző szerveiben 1-2 nagyságrendnyit eltérhetnek (pl. 226Ra: 0,005-0,4 Bq/kg, 210Po: 0,03-2 Bq/kg, 228Ra: 0,005-0,06 Bq/kg). HEFOP

17 Bomlási sorok egyes hosszú felezési idejű tagjainak
mennyisége természetes közegekben. Izotóp Aktivitáskoncentráció Vizek Levegő Élő testszövetek (Bq/l) (Bq/m3) (Bq/kg) 226Ra 5× ,1 5× ,005-0,4 210Pb 0,01-0,1 5× ,025-0,4 210Po 0, × ,03-2 228Ra 5× ,005-0,06 HEFOP

18 A levegő radioaktivitását főleg a bomlási sorok tagjai okozzák
A levegő radioaktivitását főleg a bomlási sorok tagjai okozzák. A bomlási sorokban ott vannak radon nemesgáz izotópjai (220Rn, 219Rn, 222Rn). Ezek könnyen távozhatnak keletkezési helyükről. A porózus kőzetekben, talajban, építőanyagokban keletkezve kijutnak a felszín-közeli levegőbe. Hosszú felezési ideje (3.8 nap) miatt a 222Rn-ből van legtöbb, de megtalálható a 220Rn is (55 s). Mennyiségük a talaj-pórusokban a legnagyobb ( Bq/m3), föld alatti üregekben némileg kisebb ( Bq/m3). A földfelszín fölött 1-2 m-rel nagyságrendileg AC(222Rn) = 10 Bq/m3, AC(220Rn) = 1 Bq/m3. AC-juk a felszíntől mért magassággal csökken, óceánok és tengerek fölött kisebb, mint szárazföldek fölött. A 222Rn és 220Rn rövid felezési idejű bomlástermékei fémek (Po, Pb, Bi). Ezek a levegőben molekulacsoportokhoz, majd aeroszol-részecskékhez kötődnek, és azokkal együtt a levegőből idővel a nagyobb környező felületekre kitapadnak. Ezért AC-juk a levegőben a radon-izotópokénál kisebb, és az egymást követő bomlástermékek AC-i egyre kisebbek. HEFOP

19 Radon-izotópok és termékeik levegőbeli jellemző aktivitáskoncentrációi különböző helyszíneken.
Helyszín Aktivitáskoncentráció, Bq/m3 222Rn 222Rn Rn Rn termékei termékei szabadtér épületben bánya, barlang talaj-pórusok ? ? HEFOP

20 2.b. Természetes eredetű hasadási termékek
A 232Th, 235U és 238U magok önmaguktól, vagy egy neutron befogásával kétfelé hasadhatnak. A hasadványok tömegszáma féle lehet. Ezek mind radioaktívak, és egy 3-4 tagú radioaktív bomlási lánc követi őket. Így kb. 300 különféle radioaktív izotóp keletkezik. A fenti folyamat a természetben is előfordulhat. Bizonyos folyamatok ugyanis termelnek a környezetben neutronokat, bár csak kis számban. Ezért az ilyen módon keletkező hasadási termékek aktivitása sok nagyságrenddel kisebb az egyéb eredetű aktivitásoknál. Úgy tűnik azonban, hogy néhány milliárd éve természetes körülmények között is végbemehetett a 235U láncreakciószerű hasadása, ami helyenként a mainál sokkal több radioaktivitást termelt. A 235U/238U izotóparány 2 milliárd éve még 3% körüli volt, így uránérc-telepeken, a 235U magok nagy térbeli sűrűsége mellett a láncreakció megvalósulhatott. Természetes atomreaktorok működtek (pl. Oklo, Afrika). Erre ma a 235U/238U izotóparány helyi, anomálisan kicsi értékéből lehet következtetni. HEFOP

21 2.c. Kozmogén radioaktív izotópok
Kozmikus eredetű fizikai hatások nyomán radioaktív izotópok jutnak be vagy keletkeznek folyamatosan környezetünkbe(n). Ezek nagyjából három forrásból származnak. a) A kozmikus sugárzás primer részecskéi a felső légkörben magreakciókat idéznek elő: atommagokból neutronokat löknek ki. Ezek más atommagokba befogódva azokat radioaktívvá alakítják. Így néhány tucatnyi, kis tömegszámú, β-bomló izotóp keletkezik. b) A kozmikus sugárzás szekunder részecskéi a földfelszín atommagjain magreakciókat idéznek elő: stabil magokból radioaktív izotópokat termelnek. Így további néhány tucat radioaktív izotóp keletkezik a talaj felső szintjében és a vizekben. c) A földfelszínre hulló ill. ülepedő kozmikus eredetű szilárd anyag (meteorok, meteorhamu, kozmikus por) olyan radioaktív izotópokat tartalmaznak, amelyek a világűrben a primer kozmikus sugárzás által kiváltott magreakciók révén keletkeztek. HEFOP

22 Kozmogén izotópok természetes közegekben
A hosszú felezési idejű kozmogén izotópok szétoszlanak a környezetben. AC-juk a környezetben általában kisebb, mint az ősi izotópoké, vagy a bomlási soroké. A legjelentősebbek a 14C és 3H. A 14C a 14N + n  14C + p magreakcióban keletkezik. A CO2-be beépülve, hosszú felezési ideje (5730 év) miatt szinte mindenhova (alsó légkör, vizek, talaj, bioszféra) eljut. Globális készlete 1,2×1019 Bq. Környezetünkben 1 kg (nem fosszilis) szén aktivitása kb. 250 Bq. A 3H a 14N + n  12C + 3H magreakcióban keletkezik. A vízmolekulába épül be, és az esővízzel jut a felszínre, ahol minden víztartalmú közegben jelen van. Globális készlete 2,6×1018 Bq. Rövid felezési ideje (12,3 év) miatt környezeti eloszlása egyenetlen. Az élőlények szén- és víz-anyagcseréje miatt a 14C és a 3H az élő testszövetekbe is beépül. Az emberi testben a szén súlyaránya 20% körüli, ennek megfelelően a 14C AC-ja emberben kb. 50 Bq/kg. (A 3H-ra ez csak 0,3 Bq/kg.) Eszerint egy 70 kg tömegű ember 14C-aktivitása mintegy 3500 Bq, ami megközelíti a 40K-ra kapott értéket. HEFOP

23 Kozmogén eredetű radioaktív izotópok és mennyiségük különböző közegekben
Izotóp T1/2 Aktivitáskoncentráció Vizek Levegő Élő testszövetek (Bq/l) (Bq/m3) (Bq/kg) 3H 12,3 év 5×10-4-0, ,001 0,3 (ember) 7Be 53,6 nap 0, (növény) 14C 5730 év 0,005 0, (ember) 22Na 2,62 év ,05-0,4 32P 14,3 nap 2,5×10-4 32Si 280 év 4× ×10-8 33P 24,4 nap 35S 87,9 nap 2×10-4 36Cl 3,1×105 év ×10-10 37Ar 35,1 nap HEFOP

24 3. Radioizotópos kormeghatározás
E módszerrel meghatározható egy radioaktív izotópnak egy anyagdarabba való bezáródása (megszilárdulás, halál) óta eltelt idő. Jelöljük a radioaktív izotóp magjainak bezáródáskori (t = 0) számát a fenti anyagdarabban N0-lal. A magok száma t idő múlva N ( t ) = N0 exp ( - λ t ), az ez idő alatt keletkezett bomlástermék-magok száma pedig Nb ( t ) = N0 - N ( t ) = N0 [ 1 - exp ( - λ t ) ]. A két egyenletet egymással elosztva és az időt kifejezve a t = ( 1 / λ ) ln [ 1 + Nb ( t ) / N ( t ) ] képlet adódik. Eszerint N és N0 jelenlegi értékéből a bezáródás óta eltelt idő meghatározható. Tömör kőzetek korának a meghatározására jó pl. a 40K  40Ar módszer. Szerves maradványok korának meghatározására szolgál a 14C (radio-karbon) módszer. Ezzel az anyagcsere leállása óta eltelt időt lehet meghatározni. Általános szabály, hogy a meghatározandó kor nem lehet nagyobb az izotóp felezési idejének szorosánál. HEFOP

25 4. Az ember által átrendezett természetes radioaktivitás
4.a. Házépítés Az építőanyagokban lévő ősi izotópok és bomlástermékeik sugárzása oldalról és felülről is ér bennünket. A házakba alulról behatoló radon-izotópok a zárt légterekben csapdába esnek, fel-dúsulnak. Ezért a radon-izotópok AC-ja lakásokban a szabadtérinek többszöröse (átlagosan 222Rn: 50 Bq/m3, 220R: 3 Bq/m3). 4.b. Szénerőművek A szén elégetésekor visszamaradó pernyében és salakban a 238U, 232Th és termékeik AC-ja a jóval nagyobb a talajbeli értékeknél. Évente (globálisan) többször 108 tonna pernye és salak keletkezik és halmozódik fel környezetünkben, növelve annak radioaktivitás-szintjét. Ez a hatás az ipari körzetekben (szénbányák, szénerőművek) koncentrálódik. A szénerőművek által kibocsátott CO2-ben nincs 14C, ezért a széntüzelés a légkör és a környezeti elemek 14C-tartalmát némileg hígítja, csökkenti. HEFOP

26 4.c. Műtrágyázás A nagyüzemi növénytermesztés során foszfát- és káli-műtrágyákat használnak, foszfátból évente kb. 30 millió tonnát. A foszfát 85%-át üledékes eredetű foszfátkőből állítják elő, ebben a 238U AC-ja 1500 Bq/kg körül van. Az 238U és termékei AC-ja a foszfát-műtrágyában néhány ezer Bq/kg. A 40K izotóp AC-ja a bányászott és káli-műtrágyaként alkalmazott kálisókban Bq/kg körüli. 4.d. Ércbányászat és feldolgozás A föld alól kibányászott ércek tartalmazzák az ősi radioaktív izotópokat és bomlástermékeiket is. Ezek többsége az ipari folyamat melléktermékévé, hulladékává válik, és gazdaságossági okokból nem kerül vissza eredeti helyére, hanem környezetünkben marad. A legtöbb radioaktivitást az uránérc bányászata hozza a felszínre. A 238U és termékei AC-ja az uránércben 105 Bq/kg nagyságrendű. Az ipar a 235U izotópot hasznosítja, a 238U és termékei viszont jórészt feleslegesek. A bomlástermékek meddőhányókba kerülnek, a 238U-készletek halmozódnak. HEFOP

27 Mesterséges radioaktivitás
1. Mesterséges radioaktív izotópok előállítása Maghasadással Atomreaktorokban, valamint atom- és hidrogénbombák fel-robbantásával a 235U és a 239Pu hasadásából. A 239Pu is mesterséges eredetű, atomreaktorban keletkezik 238U-ból. A radioaktív hasadási termékek a technológiai folyamat káros velejárói (kb. 300 izotóp). Részecske-besugárzás által előidézett magreakciókkal Atomreaktor működésekor, és atomfegyver felrobbanásakor sok neutron keletkezik. Ezek magreakciókat idéznek elő a közeli atommagokon, radioaktív izotópokat termelve (nem szándékos). Részecskegyorsítókban felgyorsított részecskékkel, vagy reaktorokban keletkezett neutronokkal idéznek elő szándékosan magreakciókat izotóptermelés céljából. HEFOP

28 2. Mesterséges radioizotópok alkalmazása
A mesterséges radioaktív izotópok túlnyomó hányada veszélyes és haszontalan melléktermék. Kisebb hányadukat sok különböző célra használják ellenőrzött körülmények között. Az orvosi gyakorlatban elterjedten használnak radioaktív izotópokat diagnosztikai és terápiás célokra. A diagnosztika esetében alkalmas radioizotóp alkalmas vegyületét a testbe juttatják, a sugárzást a testen kívül mérik. A gyógyításban a rosszindulatú daganatok sugárkezelésére alkalmaznak külső sugárforrásokat. A radioaktív izotópok ipari alkalmazásai sokrétűek. Egyes mennyiségek (vastagság, sűrűség, szint, nedvességtartalom) mérésére és szabályozására, anyagvizsgálati célokra (összetétel, folytonosság-hiány), kémiai szintézis befolyásolására, fertőtlenítésre, tartósításra, stb. használják őket. A kutatás-fejlesztés területén is alkalmazzák őket. HEFOP

29 3. Mesterséges radioaktivitás a szabad környezetben
3.a. Nukleáris fegyverek felrobbantásából Az első kísérleti robbantás júliusában az USA-ban. Azóta csaknem 2000 bombát robbantottak fel (de csak kettő volt háborús cselekmény). Több mesterséges radioizotóp került ki ennek nyomán a szabad környezetbe, mint bármely más emberi tevékenységből. A robbantások zömét között végezték a következő helyszíneken: USA (Nevada állam), Szovjetúnió (mai Kazahsztán déli része), csendes-óceáni és indiai-óceáni szigetek (Bikini-, és Eniwetok- atoll, Johnston-atoll, Karácsony-sziget, Amchitka-sziget, Mururoa-atoll), továbbá Ausztrália, India, Kína egyes területei. Kb robbantást a földfelszín alatt, 100 m-nél mélyebben hajtottak végre. Ezek inkább csak helyi szennyezést okoztak. Sokkal kiterjedtebb, globális hatású radioaktív szennyezést okozott az 520 felszíni és légköri (8 víz alatti) kísérlet. HEFOP

30 A felszíni, légköri kísérletekben keletkezett radioaktivitás nagyobb része a kísérleti telepek környékét szennyezte, kisebb hányada a légkör mozgásrendszerein keresztül nagy távolságokra eljutott, a bolygó teljes felszínét (az északi féltekét jobban) elérte. A robbantásokban keletkezett hosszú felezési idejű izotópok környezetünkben ma is jelen vannak. Legjelentősebbek a 3H, 14C, 90Sr (28,6 év) és 137Cs(30 év). Ma a 3H főleg a légkörben, a 14C inkább a vizekben, a 90Sr és 137Cs pedig a talajban tartózkodik. A légkör 3H-tartalma ban elérte a természetes érték szorosát, és annak még ma is kb. 50-szerese. A légkör 14C-tartalma nagyjából megduplázódott, ma már csak 10-20%-os a mesterséges többlet. A 90Sr és 137Cs a talaj felső néhány dm-es rétegében tartózkodik, AC-juk térben egyenetlen (a kísérleti telepeknél a legnagyobb, attól távolodva csökken, hazánkban ma 10 Bq/kg nagyságrendű). A 3H és 14C mellett a 90Sr és a 137Cs is beépül az élő testszövetekbe, a 90Sr főleg a csontokba, a 137Cs a lágy részekbe. HEFOP

31 3.b. Atomenergetika normális üzem
Első kísérleti reaktor: USA, Első energiatermelő reaktor: Szovjetunió, Ma az energiatermelő reaktorok száma 450 körüli. Kutató, szaporító és meghajtó reaktorok is vannak. Fűtőelemgyártó és reprocesszáló művek is üzemelnek. A rektorok fűtőelemeiben üzem közben hasadási termékek halmozódnak fel. A kiégett fűtőelemek AC-ja leálláskor kb Bq/kg. Ez a bomlás miatt tíz nap alatt a tizedére, egy év alatt a századára, tíz év alatt az ezredére csökken (pihentetés). Ezután sem kezelhetők közönséges hulladékként: tartós, biztonságos tárolás kell! A kiégett fűtőelemek kis hányadát reprocesszáló üzemekben feldolgozzák, belőle fűtőelemként újra használható 235U-t, bomba készítésére alkalmas 239Pu-ot, vagy más izotópokat nyernek ki. A nukleáris művekből normál üzemben is szabadul ki némi radioaktivitás, mivel egyes izotópokat (pl. 85Kr, 133Xe, 135Xe, 3H, 133I, 14C), nem gazdaságos és nem is szükséges teljesen visszatartani. HEFOP

32 3.c. Az atomenergetika balesetei
A szokásosnál nagyságrendekkel több radioaktív izotóp juthat ki a létesítményekből baleseti körülmények között. Eddig 10-nél több ilyen eset történt, a legnagyobb Csernobilban, 1986-ban. Itt egy technológiai kísérlet nyomán a reaktor hőteljesítménye megszaladt, a szabályozás elromlott, gőz- és gázrobbanás történt, leszakadt a reaktor és az épület teteje, és nehezen oltható tűz keletkezett. A fűtőelemekből sok radioaktivitás távozott a légkörbe. A kiszabadult aktivitás néhányszor 1018 Bq volt. Az ülepedő hányadnak több mint fele az erőműtől 20 km-en belül rakódott le. Itt a kihullott 137Cs-aktivitás meghaladta az 5,6×105 Bq/m2-es értéket. A radioaktív szennyezés kisebb részét a légmozgások messze szállították, Európa északi és középső részei fölé, ahol azt a csapadék a felszínre mosta. Európában a 137Cs-kihullás 2 millió km2-en meghaladta az 5×103 Bq/m2 értéket. Hazánkban ez (átlagosan) csak 103 Bq/m2 körül volt (egyenetlen területi eloszlásban). HEFOP

33 3.d. Nukleáris fegyverkezés
Ez nemcsak bombák felrobbantásával okozott radioaktív környezetszennyezést, hanem más módokon is: Katonai tenyésztő reaktorok (Windscale, Anglia, 1957) és reprocesszáló üzemek (Kistim, Szovjetunió, 1957; Rocky Flats, USA, 1961) balesetei. Nukleáris fegyvereket hordozó repülőgépek balesetei (Palomares, Spanyolország, 1966; Thule Grönland, 1960). Bombák és atomreaktorok elvesztése Reaktorral, vagy radioizotópos generátorral felszerelt katonai mesterséges holdak elégése a légkörben (SNAP-9A, 1964; Kozmosz 954, 1978) Radioaktív hulladékok felelőtlen kezelése (tengerbe, óceánba való elsüllyesztése) HEFOP

34 3.e. Izotóp-balesetek A sugárforrások orvosi és ipari alkalmazása körültekintést igényel. Ennek híján előfordulhat, hogy veszélyes mennyiségű radioaktivitás kerül illetéktelen kezekbe, ill. a szabad környezetbe. 1983, Mexikó. Korábban orvosi sugárkezelésre használt 60Co sugárforrást tévedésből fémhulladéknak eladtak, majd egy acélgyárban beolvasztottak. Sok, Mexikóban és az USA-ban felhasználásra került acéltermék szennyeződött radio- aktivitással. Kb. ezer ember kapott jelentős besugárzást. 1984, Marokkó. Egy család talált és sokáig a lakásában tartott egy elhagyott ipari 192Ir sugárforrást. 8 fő halt meg. 1987, Brazília (Goiana). Felszámolás alatt álló klinikán magára hagyott sugár-terápiás készülék 137Cs-sugárforrását ellopták, eladták egy hulladékgyűjtőnek. Ott szétszerelték, és kiszedték az izotóptöltetét. A kéken fénylő port érdekesnek találták, és sok helyre széthordták. A szennyeződést csak két hét múlva vették észre. 46 fő került kórházba, 4-en meghaltak. HEFOP

35 ELŐADÁS ÖSSZEFOGLALÁSA
Radioaktivitással kapcsolatos alapfogalmak Természetes radioaktivitás Ősi izotópok Folyamatosan keletkező izotópok Radioizotópos kormeghatározás Az ember által átrendezett természetes radioaktivitás Mesterséges radioaktivitás Mesterséges radioaktív izotópok előállítása Mesterséges radioizotópok alkalmazása Mesterséges radioaktivitás a szabad környezetben HEFOP

36 ELŐADÁS ELLENÖRZŐ KÉRDÉSEI
1. Ismertesse röviden a következő fogalmak jelentését: izotóp, sugárzás, magsugárzás, ionizáló sugárzás, radioaktivitás. 2. Ismertesse röviden a következő fogalmak jelentését: bomlásséma, bomlástörvény, bomlási állandó, felezési idő, aktivitás. 3. Osztályozza a környezetben előforduló radioaktív izotópokat eredetük szerint, és ismertesse, hol, milyen mennyiségben fordulnak ezek elő. 4. Ismertesse a radioizotópos kormeghatározás alapelvét, és mondjon példákat az ember által átrendezett természetes radioaktivitásra. 5. Ismertesse a mesterséges radioaktív izotópok előállításának módjait és alkalmazásait. 6. Honnan és hogyan kerültek ki mesterséges radioizotópok a szabad környezetbe? HEFOP

37 ELŐADÁS Felhasznált forrásai
Szakirodalom: Papp Zoltán: Bevezetés a környezetfizikába (kézirat), 2002 Kiss Árpád Zoltán (Szerk.): Fejezetek a környezetfizikából, Egyetemi jegyzet, DE-ATOMKI Környezetfizikai Tanszék, Debrecen, 2003. Egyéb források: Ujfaludi László: A környezeti problémák természettudományos alapjai (környezetfizika). Heves Megyei Önkormányzat Pedagógiai Intézete, Eger, 1999. Kanyár B., Béres Cs., Somlai J., Szabó S. András: Radioökológia és környezeti sugárvédelem, Veszprémi Egyetemi Kiadó, Veszprém, 2000. A források citációs formája: Szerző (évszám): publikáció címe. megjelenés helye. Kiadó. Evf. Szam. Oldalszám Honlapok URL címe HEFOP

38 KÖSZÖNÖM A FIGYELMÜKET KÖVETKEZŐ ELŐADÁS CÍME: IONIZÁLÓ SUGÁRZÁSOK A KÖRNYEZETBEN
Következő előadás megértéséhez ajánlott ismeretek kulcsszavai: ionizáló sugárzás, ionizáció, kozmikus sugárzás, röntgensugárzás, sugárterhelés, dózis, élettani hatások Előadás anyagát készítette: Dr. Papp Zoltán egyetemi adjunktus HEFOP