A talaj radioaktivitásának vizsgálata a Fıvárosi Hulladékhasznosító Mő (HuHa) környezetében Szakdolgozat Finta Viktória Tímea V. éves fizikatanár-szakos hallgató ELTE Természettudományi Kar
2004 Témavezetı: Horváth Ákos ELTE Atomfizikai Tanszék
Tartalomjegyzék 1. Bevezetés: A Hulladékhasznosító Mő környezeti kérdései
4
2. A Fıvárosi Hulladékhasznosító Mő (HuHa) szerkezete és mőködése
6
2.1. Általános mőködés
6
2.2. A por és a salak
6
3. A felmérés stratégiája, a mérési pontok kiválasztása
8
3.1. Talajminták
8
3.2. Salakminta
9
4. A minták radioaktivitás- és összetétel-vizsgálati módszerei 4.1. Urán- és tórium-tartalom meghatározása gamma-spektroszkópiával
10 10
4.1.1. A mintaelıkészítés
10
4.1.2. A mérési eljárás: A gamma-spektroszkópia
10
4.1.3. A minták urán-tartalmának meghatározása
11
4.1.4. A kiértékelés
12
4.2. Elemösszetétel meghatározása röntgen-fluoreszcencia analízis
14
4.2.1. A mintaelıkészítés
14
4.2.2. A mérési eljárás: A röntgen-fluoreszcencia analízis
14
4.2.3. A kiértékelés
15
5. A mérési eredmények
16
5.1. A gamma-spektroszkópia eredményei
16
5.1.1. A nyitott és zárt minták méréseinek eredményei
16
5.1.2. A koncentráció értékek
18
5.1.3. A salakminta gamma-spektroszkópiai eredménye
20
5.2. Az FV5 mintavételi pont környékének részletes vizsgálata
20
5.3. A röntgen-fluoreszcencia analízis eredményei
23
5.3.1. A salak RFA-spektruma
23
5.3.2. A talajminták elemösszetétel vizsgálata
24
6. Összefoglalás, az eredmények értékelése
26
7. Módszertani kiegészítés a „Környezetünk radioaktivitása” téma oktatásához
29
7.1. Környezetünk radioaktivitása
29
7.1.1. A természetes radioaktivitás
30
7.1.2. A mesterséges radioaktivitás
35
2
7.2. Környezetünk radioaktivitásához kapcsolódó fontos fogalmak megtanítása
40
7.3. Demonstrációs lehetıségek
42
7.3.1. Tanulókísérletek GM-csıvel
43
7.3.2. Számítógépes demonstráció
44
7.3.3. Tanulmányi kirándulás
45
7.4. Feladatok az órai munka feldolgozásához
45
7.4.1. Sugárzások jellemzése, leírása, fizikai mennyiségek, gyakorlás
45
7.4.2. A természetes radioaktivitás
46
7.4.3. Sugárdózisok
46
7.5.
Tanmenetrészlet és óravázlat
47
7.5.1. Tanmenetrészlet
47
7.5.2. Óravázlat
47
7.6. Információk tanároknak
48
7.6.1. Irodalom
48
7.6.2. Elektronikus irodalom
48
8. Függelék
51
8.1. Mintavételi jegyzıkönyv
51
8.2. Mérési jegyzıkönyv
52
8.3. A 2. mintavételi jegyzıkönyv
52
8.4. Kerettanterv
53
8.5. Tanmenetrészlet
53
8.6. Óravázlat
54
3
1. Bevezetés: A Hulladékhasznosító Mő környezeti kérdései Budapesten évente 4,6 millió köbméter kommunális hulladék keletkezik. Ennek 60 százalékát a Fıvárosi Hulladékhasznosító Mőben (HuHa) égetik el, s az égetés során keletkezı energiából áramot és távhıt állítanak elı. A Fıvárosi Hulladékhasznosító Mő üzembe helyezésekor, 1982-ben a hatályos környezetvédelmi elıírásoknak megfelelt, a jelenlegi, szigorúbb elıírásokat azonban már nem elégíti ki. Ezért a Fıvárosi Önkormányzat évek óta tervezi a füstgáztisztító megépítését. Az újpesti polgármester pert is indított a HuHa ellen birtokháborítás miatt, ugyanis a légszennyezés Káposztásmegyer területét is érintette. Ezt a pert elsı fokon elvesztette, másodfokon megnyerte a Szemétégetı. A HuHa sosem vitatta, hogy a kibocsátás az új rendelet óta károsnak számít, és korszerőbb füstgáztisztító rendszer felszerelése szükséges, de se a Fıvárosi Önkormányzat, se a Fıvárosi Közterület Fenntartó Rt. nem biztosított anyagi keretet a beruházásokhoz. Végül 2003. tavaszán a füstgáztisztító és kazán rekonstrukció megvalósítása végre mégis megkezdıdött. A mintegy 19,2 milliárd forintba kerülı teljes rekonstrukció és a füstgáztisztító 2005. decemberére készül el. Ez egyben azt jelenti, hogy a HuHa mindenben megfelel majd az Európai Unió szabályozásainak, normáinak. Ezután remélhetıleg megszőnnek a szakmai és politikai viták. A káros kibocsátás tekintetében jelenleg az irányadó „A hulladékok égetésének mőszaki követelményeirıl, mőködési feltételeirıl és a hulladékégetés technológiai kibocsátási határértékeirıl” szóló 3/2002. (II.22.) KöM rendelet. Ebben azonban szó sem esik az esetleges radioaktív kibocsátásról (inkább csak a nehézfém-szennyezésrıl), mint ahogy más ipari létesítményeknél sem (kivéve – természetesen - az atomerımőveket). A Szemétégetıben az elıírásoknak megfelelıen mérik és méretik a rendeletben szereplı anyagok értékeit, valamint az uralkodó szélirányt és szélsebességet is figyelik. A kibocsátást a Környezetvédelmi Felügyelet is méri. A radioaktív kibocsátást azonban - tudomásom szerint - senki nem mérte még, hiszen a rendelet sem követeli meg. Ezért diákköri munkám céljául tőztem ki, hogy megvizsgáljam, habár valószínőleg – és remélhetıleg - nem találunk számottevı radioaktivitást. 17 évig laktam a Szemétégetı közelében, emiatt kifejezetten érdekelt a kérdés. A problémát úgy közelítettem meg, hogy nem közvetlen a levegı, hanem inkább a levegıbıl a talajra kiülepedett por radioaktivitását vizsgáltam, itt persze figyelembe kell venni, hogy a talajba más módon is kerülhet radioaktív anyag.
4
A radioaktivitás vizsgálata azért is alapvetıen fontos, mert az emberre gyakorolt hatását tekintve, veszélyes lehet. A Föld felszíni rétegeiben elterjedten találhatóak a tórium és az urán izotópjai, valamint a bomlási soroknak megfelelı leányelemek (232Th,
238
U,
235
U és
ezen anyaelemek leányelemei). A felszíni radioaktivitás forrása ezeken kívül a kálium 40-es izotópja, amelynek gyakorisága a kálium atomok 0,0118%-a. Szinte minden talajmintában kimutatható a radioaktív kálium jelenléte, de a 40K csak egyetlen, jól elkülöníthetı energiájú
γ -fotont bocsát ki, ezért könnyen megkülönböztethetı az urán- és tórium-sor sugárzásától. Számunkra ezen radioaktív anyagok γ -sugárzása a fontos. Az urán és tórium leányelemei között elıfordulnak α - és β -bomló izotópok is, de ezek a sugárzások már a talajban el is nyelıdnek, és csak a γ -sugárzás lép ki, tehát mi csak ezt detektáljuk, és ezek elegendıek az urán és a tórium talajbeli mennyiségének megállapításához. Ezek az elemek nagyon sok anyagban fellelhetıek (pl. az építıiparban: talajszármazékok, salakanyagok, melyek több ipari folyamatba bekerülhetnek). A vizsgálat során alkalmazott módszer a gammaspektroszkópia, amely általános, ez az egyik leggyakrabban alkalmazott eljárás például építıanyagok-, vagy a beépítendı terület talajának egészségkárosító radioaktivitásának megállapítására. Az uráncsalád (bomlási sor) egyik eleme a radioaktív radon, mely nemesgáz, de leányelemei már nem, így azok már kémiailag aktívak. Mivel a
222
Rn felezési
ideje 3,82 nap, kiléphet a talajból és az építıanyagokból, a levegıbe juthat, és felhalmozódhat az épületek légterében (ezért is fontos szellıztetni a szobát). Az embert érı természetes radioaktív sugárzás (kozmikus- és földsugárzás, a radon és leányelemei, a belsı sugárterhelés –testünk atomjai:
14
C, 3H,
40
K, élelmiszerek, orvosi
diagnosztika) dózisának átlagértéke 2 mSv/év (A dózisegyenérték, melynek egysége a Svsievert, a sugárzás biológiai hatását méri.). Ez mindenképpen ér mindenkit, ehhez képest a lakossági dóziskorlát - a dóziskorlátozások rendszere alapján - 5 mSv/év (ennek felel meg az ún. társadalmilag kényszerített kockázat, a társadalmilag vállalt munkahelyi átlagos kockázat (bármely foglakozás esetén) tizedrésze). Ezért is tartottam fontosnak megvizsgálni a Szemétégetı kibocsátását radioaktivitás szempontjából. Hiszen az égetés során a szemétben található kis mennyiségő radioaktív anyagok feldúsulhatnak a porban (és a salakban is), így esetleg a már említett elemeken – és leányelemeiken – kívül más elemek felbukkanása is lehetséges. A légkörbe kikerülve a kibocsátott por leülepedhet a talajra és megemelkedett „természetes” radioaktív sugárzási szintet eredményezhet. Ezáltal az itt élık folyamatosan egy többlet γ -sugárzást kapnak, melynek dózisa esetleg egészségkárosító lehet.
5
2. A Fıvárosi Hulladékhasznosító Mő (HuHa) szerkezete és mőködése 2.1. Általános mőködés 2003. ıszén elmentem a HuHába, ahol valóban már javában folyt az építkezés. Az energetikus fımérnök felvázolta az égetımő mőködését és körbevezetett az üzemben. A szemétszállító célgépek (kukásautók) mérlegelés után a rámpára hajtva a zártterő, 10000 m3 befogadóképességő bunkerbe ürítik a szemetet. A darabos hulladékokat nagyteljesítményő olló aprítja fel. A bunkerból a hulladékot polipmarkolós daruk rakják a kazánok adagoló berendezéseibe. Az égetéshez szükséges levegıt a bunkertérbıl szívja el a rendszer, ezáltal a kukásautók ürítésekor jelentkezı por és bőzös levegı nem áramlik a szabadba. A szemét tökéletes kiégését a VKW BABCOCK rendszerő hengerrostélyok és a tőztér kialakítása, valamint stabilizáló gázégık teszik lehetıvé. Egy kazán tőztere 6 db hengerrostélyból áll, amelyeken a hulladék 850-1100 °C hımérsékleten ég el. A szemét összetétele általában olyan, hogy csak minimális stabilizáló tüzelésre van szükség. Az egyes kazánok óránként 40 tonna 40 bar nyomású 445 °C hımérséklető gızt termelnek, amelyet gız és villamosenergia formájában hasznosítunk. A gız egy része (óránként 60 tonna) közvetlenül távfőtést biztosít a káposztásmegyeri lakótelepek és ipari üzemek részére, a másik része a 24 MW teljesítményő (Skoda) turbogenerátort hajtja meg, ezáltal villamosenergia termelıdik. Ez az energia eléri az évi 144000 MWh mennyiséget, és az országos energiahálózatba kerül, valamint az égetımő önfogyasztását is fedezi.
2.2. A por és a salak A füstgázok jelenleg a 99%-os hatásfokú LURGI rendszerő elektrofiltereken megszőrve távoznak a 120 méter magas kéményen a légtérbe. A levegı turbulens áramlása elszállítja a levegıben, így nyilván az uralkodó szélirány régiójában a legnagyobb a por kiülepedése. A füstgázok poremissziója a 150mg/Nm3-t nem haladja meg, de ez a jelenlegi elıírásoknak már nem felel meg.
6
1. kép A Hulladékhasznosító Mő szerkezete A pernye és a salak, hőtés után, a salakbunkerba jut, az égetéskor keletkezı salak az eredeti hulladék tömegének mintegy 30%-át (350-400t/nap), térfogatának csupán egytizedét teszi ki. Innen polipmarkolós daru rakja szállítószalagra, majd teherautók szállítják el. Itt kell rámutatnunk arra a tényre, hogy ha a kukákba – általunk – bedobott hulladékban valami tartalmazott radioaktív anyagot, akkor a salakban (és a porban is) már koncentráltan, feldúsulva találhatjuk azt. A salakból elektromágnes választja ki a vashulladékot – évi 13000 tonnát -, melyet bálázva másodnyersanyagként hasznosítanak. A salakból
a magas tőztérhımérsékleten
teljesen kiég a szerves anyag, a szervetlen komponensek pedig feldúsulnak. Ezért steril, csíramentes, bomló-erjedı anyagokat nem tartalmaz, így elhelyezése, vagy további felhasználása (pl. kísérletek kezdıdtek a salakanyag útépítésben való hasznosítására) nem okoz akkora környezetvédelmi problémát. Ezt két szempontból is megvizsgáltam. Egyrészt megvizsgáltam a salakminta radioaktivitását gamma-spektroszkópiával, és meghatároztam az urán-, tórium- és kálium-tartalmát g/t-ban. Másfelıl röntgen-fluoreszcencia analízissel megvizsgáltam, hogy milyen 20 fölötti rendszámú elemeket tartalmaz a minta, ami a salak összetételérıl ad információt.
7
3. A felmérés stratégiája, a mérési pontok kiválasztása 3.1. Talajminták A mellékelt térkép (2. kép) jelölt pontjairól 13 darab földmintát vettem a mintavételi jegyzıkönyv (Függelék 1.) szerint. A mintavételi helyek kiválasztásánál egyrészt figyelembevettem, hogy minden irányból legyen mintánk, a fı szélirányból (11. és 12.: Fót), a vitatott káposztásmegyeri régióból (6. és 7.), továbbá a „kényes” helyekrıl: gyermektábor (8.), TSZ (9.), lakóházak kertje (10. és 13.), itt végképp fontos a minél alacsonyabb sugárzás. Ezen kívül szempont volt a Szemétégetıtıl mért távolság is: az elsı 4 minta a közvetlen közelébıl van – itt elvileg nem lehet semmi a Szemétégetıbıl, mert a 120 m magas kéménybıl a levegı áramlása miatt a kémény tövébe nem kerülhet pernye, az 5., 6., 8., 9., 11. és a 13. minta közepes távolságban az itt várható eredmény fedi a valóságos kibocsátást, és a 7., 10. és 12. minták messzebbrıl – ezen a területen már feltehetıen messzebb vagyunk annál a távolságnál, ahol a por leülepedése a legnagyobb, tehát csökken a koncentráció. A másik fı tényezı, a széljáráson kívül, a csapadék. Az FV13-as minta annyiban különleges, hogy egy rákospalotai kertes ház kertjébıl származik. Az elképzelésünk e minta esetén az volt, hogy a füstbıl a háztetıre szálló apró részeket, aeroszolokat az esı lemossa, majd az ereszcsatornából kifolyva az esıvízzel a földbe jut. Itt elvileg feldúsulhat minden, ami a kéménybıl kijön. Ebbıl a földbıl, közvetlenül az eresz kifolyásától vettem ezt a mintát. Hasonlóan a 3., 5., 6., 7., 8. és 10. minták is erdıbıl, fák-, bokrok mellıl származnak, ahol az esıvízzel összegyőlhet a radioaktív por is. Ezek mellett fontos szempont volt, hogy olyan földterületeket kellett kiválasztani, amelyekrıl úgy sejthetjük, hogy nem volt emberi beavatkozás, tehát nem volt pl. felásva, feltöltve, stb. Hiszen a pernye csak ott dúsulhatott békésen, ahol nem bolygatták. A földminták vételét a fölsı 2 cm leszedése után átlagosan 8-10 cm mélységig terjedı rétegbıl végeztem, és egyszerő nylonzacskóban szállítottam ıket. A fölsı 2 cm leszedése azért volt szükséges, mert bár lényeges a kihullás szempontjából, de azt befolyásolja a városi környezet kommunális hulladéka (közelmúltban eldobott cigarettacsikkek, papír- és mőanyaghulladék, stb.).
8
2. kép A mintavételi pontok elhelyezkedése a HuHa Mő körül
3.2. Salakminta A földmintákon kívül a Szemétégetı energetikusától salakmintát is kértem, aki egy befıttes üvegnyit adott. Ez egy szürke darabos, sárszerő és rendkívül bőzös anyag, és tulajdonképpen kizárólag annak egy részét tartalmazza, amit mi a szemétbe kidobunk, csak koncentráltan. Ennek a gammaspektrumát is fölvettem (ez a 4. ábra), valamint egy másik vizsgálatát, a röntgen-fluoreszcencia analízisét
is elvégeztem, amely segítségével
megmondhatjuk, hogy milyen anyagok találhatóak uralkodóan a mintában (és nem radioaktivitás alapján) (ez a 9. ábra), mennyiségi elemzést nem végeztünk ebben a mérésben, csak minıségi analízist.
9
4. A minták radioaktivitás- és összetétel-vizsgálatának módszerei 4.1. Urán- és tórium-tartalom meghatározása gammaspektroszkópiával
4.1.1. A mintaelıkészítés A talajmintákat kemencében 120°C-on kiszárítottam, hogy a nedvességtartalma ne befolyásolja a mérést és a tömegét, hiszen a mérés szempontjából a minta nettó tömege érdekes. A kiszárítás után mozsárban porrá törtem, majd az egyforma szemcseméret elérése érdekében teaszőrın átszitáltam. A homogenizálás azért fontos, mert a mérés hatásfokát csak ilyen körülmények között tudjuk meghatározni. Ezután lezárható alumínium mintatartóba raktam, lemérve a minta tömegét és térfogatát, majd HPGe félvezetı detektorral fölvettem a minták gamma-spektrumát.
4.1.2. A mérési eljárás: A gamma-spektroszkópia A radioaktív bomlások után a keletkezı új atommagok általában gerjesztett állapotban jönnek létre. Ebbıl az alapállapotba jutás egyik lehetséges módja a gamma-fotonok kibocsátása. A kibocsátott gamma-fotonok energiája jellemzı az azt kibocsátó atommagra. A gammasugárzás spektrumának vizsgálata tehát az illetı magok energianívó rendszerérıl nyújt felvilágosítást, valamint - esetünkben – az ismert energianívó-szerkezet révén arról kapunk felvilágosítást, hogy milyen atomok és milyen számban vannak jelen a mintában. A gammaspektrumok mérése korszerően a félvezetı detektorok alkalmazásával történik, mert jó felbontóképességgel és hatásfokkal rendelkeznek – bár drágák. Ebben a mérésben egy HPGe detektort (High Purity Germanium – nagy tisztaságú germánium) használtunk. Ennek a detektornak a mőködése azon alapul, hogy a germánium félvezetı egykristályból alkotott hengerkondenzátor fegyverzetei között elektromos tér alakul ki, ha kb. 4000 V feszültséget kapcsolunk rá. A gammasugárzás hatására feszültségimpulzus jön létre, melynek nagysága arányos a foton által az anyagnak leadott energiával, s így – fotoeffektus esetén - az eredeti gammasugárzás energiájával is. Ennek az elektromos jelnek a nagyságát az elektronika átalakítja egy digitális számmá, majd egy ún. sokcsatornás analizátor eltárolja, statisztikát (amplitúdó eloszlást) készít. A sokcsatornás analizátor 4096 db csatornájába úgy rakja el a jeleket, hogy amikor beérkezik egy meghatározott nagyságú jel, akkor a megfelelı
10
sorszámú számláló állását eggyel megnöveli. A beérkezett impulzus amplitúdója tehát a számláló sorszámával kapcsolatos (csatorna száma), míg a számláló állása azt mutatja meg, hogy a mérés kezdete óta hány darab olyan amplitúdójú jel érkezett. Egy tipikus spektrum (talajmintáé) látható az 1. ábrán, bejelöltem a bomlási sorok tagjainak gamma-csúcsait [5].
Talajminta gammaspektruma 24 órás mérésben 9000 8000 beütésszám (db)
226
Ra
7000
212
Pb
6000 5000
214
Bi
214
Pb
40
K
4000 228
Ac
3000
208
Tl
212
Bi
2000 1000
208
Tl
214
Bi
0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
E (keV)
1. ábra Talajminta tipikus gamma-spektruma Az aktivitást a fotocsúcsok területe alapján határozzuk meg, ezután az N=
A
λ
=
A ⋅ T1 2 ln 2
képlet alapján következtethetünk a radioaktív elemek számára, amelybıl a
móltömeg segítségével a mintában lévı anyaatomok tömegére. Ha pedig ezt elosztjuk a minta tömegével, akkor megkapjuk az adott elem (pl. urán) koncentrációját g/t-ban.
4.1.3. A minták urántartalmának meghatározása Vizsgálataink során kálium, tórium, urán és cézium atomok koncentrációját határoztuk meg. A kálium és a cézium radioaktivitása során közvetlenül keletkezik γ-foton. A tórium és az urán α-bomlók, csak leányelemeik γ-sugárzása mérhetı. A tóriumnál egyszerőbb a helyzet, mert a második leányeleme a 228Ac bomlása során keletkeznek mérhetı γ-fotonok. Az urán esetében azonban csak a
214
11
Pb és leányelemei bocsátanak ki elegendı
valószínőséggel γ-sugárzást. Az urán esetében ez azt jelenti, hogy a 222Rn utáni izotópok a γsugárzók. A radon azonban könnyen eltávozhat a mintából. A radioaktív bomlási soroknál – mint amilyen a talajban található 238U-ra és a 232Th-ra is jellemzı - a radioaktív egyensúly beállásának ideje, vagyis az az idı, ami alatt a leányelemek aktivitása eléri az anyaelem aktivitását, jó közelítéssel a leányelemek közül a legnagyobb felezési idejő elem felezési idejének az ötszöröse. Ilyen módon az urán-sor 226Ratól
214
Po-ig tartó részletének a
egyensúly beállásához. A
210
222
Rn 3,82 nap felezési ideje miatt kb. 3 hét szükséges az
Pb hosszú felezési ideje miatt azt mondhatjuk, hogy a
222
Rn
bomlási sora itt megakad, ám ha csak a radont és az azt követı négy izotóp aktivitását tekintjük, láthatjuk, hogy néhány óra alatt beáll köztük az egyensúly. Szekuláris egyensúly akkor alakul ki, ha Tleány >> Tanya . Ebben az esetben a bomlási sor tagjainak aktivitása egyenlı: A = λ ⋅ N = λ1 ⋅ N1 = ... = λi ⋅ N i = ... = λn ⋅ N n vagyis az anyaelem felezési idejéhez képest nagyon rövid idejő mérések során az aktivitás nem változik és a leányelemek aktivitása megegyezik az anyaelem aktivitásával. Így bármelyik leányelem aktivitását megmérve megkaphatjuk az anyaelem aktivitását. Ezen elv alapján fogjuk meghatározni a mintában lévı uránatomok számát. Ugyanis az urán radioaktív egyensúlyban van a rádiummal ( ez ötezer év alatt áll be, ami földtörténetileg kis idı), ha a mintát lezárjuk, akkor 3 hét múlva a Ra is egyensúlyba kerül a Rn-nal és közben a 210
222
Rn
Pb-ig terjedı leányelemei is felveszik az egyensúlyi értéket. Ez idı alatt a tórium-sornál
szintén beáll a radioaktív egyensúly. Ezért a mintákat kétszer mértük le. Az elsı mérések után minden mintatartót lezártunk csavaros tetıvel és gumitömítéssel, és 3 hétig állni hagytuk, amíg beállt a radioaktív egyensúly, majd újra lemértük a spektrumokat. Ezeket hívjuk lezárt méréseknek, és a minták urántartalmát ezek alapján határoztuk meg.
4.1.4. A kiértékelés Egy monoenergiás gammasugárzás spektrumának jól mérhetı eleme a fotocsúcs, amely Gauss-eloszlást követ, azaz egy meghatározott energiánál látunk egy éles csúcsot, egy kicsit kiszélesedve (HPGe detektornál 1-2 keV széles), így az egy energiához tartozó atom beütésszámát (és általa aktivitását) az energia körül kialakuló csúcs területébıl határozzuk meg.
12
A mérési idı minden esetben 24 óra volt, jól megépített, ólomtéglákból álló árnyékolást alkalmaztunk. A hátteret többször is lemértük egyenként 72 órás mérésben, majd a ténylegesen a mintától származó beütésszámot a háttérben azonos energián mért beütésszámok levonásával számítottam ki az egyes energiáknál (eltérı hosszúságú háttérmérés esetén a korrigált háttér-értékkel csökkentettük a beütésszámot). Mindezt figyelembe véve a kiértékelendı csúcsokat az intenzitásuk alapján választottam ki az urán-, ill. tórium-sor tagjai közül. Ezen kívül a kiértékelésnél a lezárt minták adatait vettem alapul, a „z” jelő mintákban a bomlási sorok tagjainak aktivitási értékei sokkal közelebb állnak egymáshoz, mint a nyitott mintáknál. A csúcsok területének (T) felhasználásával, az alábbi képlet segítségével kiszámoltam a mintában lévı, jelentısebb aktivitással rendelkezı összetevık aktivitását: A( E ) =
T , ahol A az aktivitás (Bq/kg-ban), t=24 óra a t ⋅η ( E , H ) ⋅ ε ( E )
mérési idı, η a mérés hatásfoka, amely -mint látjuk- E-tıl és H-tól függ (itt E a a minta magassága), ε
γ -energia, H
a csatornaarány (itt a csatornaarány a gamma-bomlások
valószínősége, ami szintén energiafüggı). A beütések száma ugyanis nem egyezik meg a mintában ténylegesen végbement bomlások számával. Hiszen a detektor nem 4π térszögben detektálja a minta által kibocsátott részecskéket, hanem a mérési elrendezés geometriájának megfelelıen, továbbá kiterjedtsége miatt magában a mintában is abszorbeálódik a sugárzás egy része. A detektor - illetve a detektálás - hatásfokának ismeretében határozhatjuk meg az idıegységre esı bomlások valódi mennyiségét. A hatásfok kiszámítását egy, az Atomfizikai Tanszéken kifejlesztett programmal végeztem, amely a Monte-Carlo-módszerrel véletlenszerő bomlási eseményeket generál, és ezek nyomon követésével határozza meg a detektálás hatásfokát. Figyelembe veszi a mintadetektor geometriai viszonyból eredı veszteségeket, a minta önelnyelését is, valamint a detektorban a gamma-sugárzás érzékelésének valószínőségét is. Ezen kívül az egyes elemek adott állapotukban nem csak egy módon bomolhatnak el. A lehetséges bomlási módok mindegyikéhez tartozik valamekkora valószínőség. Azt, hogy egy
radioaktív
izotóp
mekkora
valószínőséggel
bomlik
egy
bizonyos
csatornaaránynak nevezzük. Ezeket a számokat izotóptáblázatokban találhatjuk meg.
13
módon,
4.2. Az elemösszetétel meghatározása röntgen-fluoreszcencia analízissel
4.2.1. A minták elıkészítése A minták egy kis darabjából, enyhén nedves állapotban, préselı-géppel pasztillát készítettem, majd üvegtálban lefedve néhány napig állni hagytam, hogy kiszáradjon.
4.2.2. A mérési módszer: A röntgen-fluoreszcencia analízis Egy alapállapotban lévı Z rendszámú atomban a legalacsonyabban fekvı Z energiaszint mindegyike betöltött. Amennyiben valamilyen gerjesztés eredményeképpen egy elektron egy betöltött energiaszintrıl egy magasabb (be nem töltött) szintre kerül, vagy kilökıdik az atomból, helyén egy lyuk keletkezik. Elég nagy gerjesztési energia esetén ez a kilökıdés bekövetkezhet valamelyik belsı energiaszinten. Ilyenkor az atom úgy kerül alacsonyabb gerjesztéső állapotba, hogy egy magasabb energiaszinten lévı elektron átugrik a kisebb energiájú szintre. Eközben vagy a két héj közti energiakülönbségnek megfelelı karakterisztikus röntgen-foton keletkezik, vagy ez az energia átadódik valamelyik héjelektronnak, és az – a helyén újabb lyukat hagyva – elhagyja az atomot (Auger-effektus). Alacsonyabb
rendszámok
esetén
az
Auger-jelenség,
magasabb
rendszámoknál
a
karakterisztikus röntgensugárzás dominál. Magas rendszámok esetén a keletkezett új lyuk ismét betöltıdik, és végül az atom a legkülsı héjakon akár többszörösen ionizált állapotban maradhat vissza. A karakterisztikus röntgensugárzás rendszerezéséhez bevezetett jelölésrendszer alapján az L → K átmenethez tartozó sugárzást K α , az M → K átmenethez tartozót K β vonalnak nevezzük
(n = 1 : K , n = 2 : L ) .
A gyakorlatban megfigyelhetı átmenetekre a
j = 0,±1 és l = ±1 kiválasztási szabályok érvényesek. Az átmenet-csoportokat (Kα, Kβ, Lα,
Lβ) diffrakciós spektrométer felbontja, a félvezetı detektor felbontóképessége azonban gyengébb és csak a nagyobb rendszámú elemeknél lehet a spektrumokat úgy elemezni, hogy a finomszerkezetet megfigyeljük. Az értékelés során csak a legintenzívebb vonalakat különböztetjük meg, mert a mérés célja az, hogy ismeretlen mintában a különbözı rendszámú elemeket biztonságosan felismerjük. Akkor biztonságos a minıségi analízisünk, ha egy elem több összetartozó átmeneteit megfelelı területarányban felismerjük (pl. K α és K β vagy Lα és Lβ . 14
A vizsgálandó mintát töltött részecskékkel, gamma- vagy röntgen-fotonokkal besugározva létrejöhet a benne elıforduló elemek karakterisztikus röntgensugárzása. Ha a gerjesztést röntgen- vagy gamma-sugárzással végezzük, akkor beszélünk röntgenfluoreszcencia analízisrıl. A leggyakrabban használt gerjesztı források a
109
Cd,
125
I,
241
Am
radioaktív izotópok. Detektálva a mintából kijövı röntgensugárzást, a vonalak energiája alapján meghatározhatók a mintát alkotó elemek, míg az egyes vonalak intenzitásából a koncentrációra következtethetünk. Az elemek azonosítása az energia alapján általában egyszerő, míg a mennyiség meghatározása jóval bonyolultabb feladat. Adott detektor-beállítás (detektor tápfeszültség, erısítés) esetén ismert energiájú vonalakat felvéve kimérhetı a csúcshely-energia függvény (kalibrálás), amely jó közelítéssel lineáris. Ennek ismeretében bármely amplitúdó értékhez meghatározható a karakterisztikus röntgen sugárzás energiája, míg a csúcs nagyságából, a csúcs alatti területbıl a koncentrációra következtethetünk.
4.2.3. A kiértékelés Az energia-kalibráció elvégzése után egy illesztıprogram segítségével meghatároztuk a csúcsok helyét, energiáját és a csúcs alatti területet. Ezután a táblázatból kikerestük, hogy melyik energiához, milyen kémiai elem, melyik átmenete tartozik, amiben segítségünkre volt az is, hogy ismertük a K β K α arányt.
15
5. A mérési eredmények 5.1. A gamma-spektroszkópia eredményei
5.1.1. A nyitott és zárt minták méréseinek eredményei A 13 minta nyitott és zárt mintatartóban elvégzett méréseibıl azt az átfogó képet kaptuk, hogy minden talajban felismerhetıek az urán- és tórium-család izotópjainak szokásos vonalai, valamint a 40K 1460 keV-os γ -sugárzása, ahogy azt vártuk is. A zárt minták esetén az uránsorban a Rn leányelemeinek
γ -csúcsai magasabbnak adódtak és a 226Ra 186 keV-os
vonalának megfelelı intenzitást mutattak. Megállapítható, hogy a radioaktív egyensúly a Ra és leányelemei között valóban beállt. A minták urántartalmát a rádiumaktivitásuk alapján határoztam meg, ezt pedig leányelemeinek jól mérhetı csúcsai alapján értékeltem ki. A zárt mintákat áttekintı 2./a ábrán jól látható, hogy a természetes radioaktivitásból adódóan általában fellépı csúcsok mellett több mintában megjelent 661 keV energiánál egy további csúcs (melyet a 2/b. ábrán részletesen is megfigyelhetünk), melynek intenzitása az FV5 mintában szemmel láthatóan kiugróan nagy.
A zárt minták gamma-spektruma 18000 fv1z fv2z
beütésszám (db)
16000 14000
fv3z
12000
fv4z
10000
fv5z
8000
fv6z fv7z
6000
fv8z
4000
fv9z
2000
fv10z
0
fv11z fv12z
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
E (keV)
2./a ábra. A zárt minták gamma-spektrumainak áttekintı képe
16
fv13z
fv1z fv2z fv3z fv4z fv5z fv6z fv7z fv8z fv9z fv10z fv11z fv12z fv13z
A zárt minták spektrumrészlete beütésszám
8000 6000 4000 2000 0 650
E (keV)
670
2./b ábra. A cézium csúcs részletes megjelenítése
A 661 keV-os γ -sugárzás a
137
Cs bomlása során jön létre és ritkán, de elıfordul
talajmintákban. Megállapíthatjuk, hogy a HuHa körüli talajok kisebb-nagyobb mértékben tartalmaznak radioaktív céziumot. Mivel az FV5 minta nem várt meglepı eredményeket adott, új mintavételekkel feltérképeztem a környezetét, hogy ellenırizzem, valóban ilyen sok cézium van-e a talajban, és néhány környezı mintával a területi eloszlásról is képet kapjak. Ezeket a következı alfejezetben részletesen kifejtem.
17
5.1.2. A koncentráció értékek A
spektrumok
megfelelı
vonalainak
aktivitását
egy kiértékelı-programmal
számoltam ki – levonva a háttérértékeket -, majd a meghatározott U, Th, K koncentrációt g/t egységekben az alábbi táblázatban összegeztem, és a HuHától mért távolság függvényében ábrázoltam az eredményeket (3. ábra). Az ábrán bejelöltem az egyes elemek világátlagát is, a hibákat viszont nem, mivel a jelölık méretének nagyságrendjébe esik a nagyságuk.
Urán
Hiba
Tórium
Hiba
Kálium-40
Hiba
Cézium
Hiba
g/t
%
g/t
%
g/t
%
kBq/m2
%
FV1
0,585
13,65
4,095
4
1,225
2,8
0,426
3,1
FV2
0,228
24,4
4,204
4
1,085
3,2
0,032
29,1
FV3
0,484
12,21
3,29
5
1,006
3,4
0,238
5,0
FV4
2,984
2,53
5,155
3,5
0,967
4
0,380
3,2
FV5
0,661
10,17
3,122
6,4
0,842
4,5
6,12
0,5
FV6
0,764
8,55
4,965
3,7
1,169
3,2
0,131
7,7
FV7
0,846
7,34
5,148
3,4
1,192
3
0,167
8,1
FV8
0,493
11,34
3,813
4,3
1,03
4,1
0,787
1,9
FV9
1,143
7,67
5,739
4,3
1,503
3,5
0,750
1,9
FV10
0,199
42,9
5,098
5,2
1,341
4,1
0,240
4,9
FV11
0,190
30,4
4,331
4,1
1,162
3,1
0,374
3,2
FV12
0,785
8,02
6,044
3,04
1,416
2,6
0,530
2,3
FV13
0,746
8,32
5,26
3,52
1,342
2,8
1,065
1,5
FVS
0
0
2,929
7,06
0,792
5,42
0,044
20,5
FA1
0,212
27
4,462
4,45
1,154
3,04
1,014
1,6
FA2
0,420
15,9
4,039
4,91
1,06
3,64
3,35
0,7
FA3
0,237
27,1
4,595
4,17
1,217
3,15
0,916
1,5
MO1
0,797
8,5
5,124
3,81
1,178
3,37
0,495
2,5
MO2
1,673
4,05
5,31
3,4
1,225
3,05
0,737
1,9
UT1
0
0
3,647
5,29
0,926
4,28
2,571
0,82
UT2
0
0
3,253
5,75
0,828
4,67
2,374
0,85
Minta
1. Táblázat A mérési eredmények összefoglalása, urán-, tórium, kálium-40koncentráció értékei, és a cézium felületi aktivitásai
18
urán tórium kálium
Elemek koncentrációja a mintákban 7
koncentráció (g/t)
6 5 4 3 2 1 0 fvs
fv2
fv1
fv3
fv4
fv8
fv13
fv5
fv6
fv9
fv11
fv10
fv12
fv7
minták távolság sorrendjében
3. ábra A koncentráció-értékek diagramja
Cézium-aktivitás a mintákban cézium 7
aktivitás (kBq/m2)
6 5 4 3 2 1 0 fvs
fv2
fv1
fv3
fv4
fv8
fv13
fv5
fv6
fv9
fv11
fv10
fv12
fv7
minták távolság sorrendben
4. ábra A talajminták cézium-tartalmának áttekintése Az egyes talajminták céziumból eredı aktivitása kBq/m2-ben a 4. ábrán látható. Itt a mért Bq/kg aktivitáskoncentrációkat extrapoláltam a vételezett minta tömegére, és ezt osztottuk a mintavételezés során feljegyzett keresztmetszettel.
19
5.1.3. A salakminta gamma-spektroszkópiai eredménye
A salak gamma-spektruma 8000 7000
beütésszám (db)
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
E (keV)
5. ábra A salakminta gamma-spektruma A salak radioaktivitása kifejezetten alacsony értékő. Uránt nem tudtunk kimutatni benne. A cézium fajlagos aktivitása 1,7 Bq/kg nagyon alacsony a többi mintához viszonyítva.
5.2. Az FV5 mintavételi pont környékének részletes vizsgálata Az elsı mérési sorozat eredményei alapján kiderült, hogy az FV5 jelő minta esetében újabb mintavételek, illetve mérések szükségesek. Ebben a földmintában ugyanis kirívóan magas cézium-tartalmat (és aktivitást) észleltem, ami nagyon valószínő, hogy nem a Szemétégetıbıl származik, hiszen akkor a többi mérési ponton is várnánk a jelenlétét, de ettıl még érdekes számunkra. Jogosan merül fel a kérdés, hogy valóban van-e ott cézium, vagy csak valamilyen hiba csúszott a mérésbe, illetve ha valóban van cézium abban a földben, akkor mi a helyzet a környezetében. Világos, hogy újabb mintavételekkel és mérésekkel ezekre a kérdésekre válaszolhatunk. Ezért kimentünk az FV5-ös helyszínre és további hét mintát vettünk (3. kép).
20
nádas rész új útDunakeszi felé v a s ú t
UT fás terület MO
F A=F V 5
parkoló
Compack
3. kép Az FV5 körüli mintavételi pontok részletesebb térképe Az újabb mintavételi pontok kiválasztásánál figyelembe vettem, hogy a mérés ismételhetısége miatt az eredeti helyrıl ismételten kell venni mintát. Továbbá annak kiderítése céljából, hogy a szőkebb környezetet szintén jellemzi-e ez az érték, tıle távolabb (kb. 10 m-re) két irányban, úgy, hogy az összes ott található talajfajtából vettünk mintát. Ezeken kívül szempont volt a cézium talajba történı beszivárgásának (konvekcióval vagy diffúzióval)
felderítése
is,
ezért
még
mélységben
is
vettünk
mintát,
amelybıl
következtethetünk a függıleges eloszlásra, így az eredeti helyen most három mélységbıl, és a másik két földtípusból két mélységbıl vettünk mintákat. A FA jelő minták a FA2, 1, 3 sorrendben haladnak egyre mélyebb részek felé, 5-10 cm-enként. Az MO jelő minták mocsaras, nádasra emlékeztetı talajból származnak, ezen rész felszíne kb. 1 méterrel a parkoló aszfaltszintje alatt volt. Az ÚT jelő minták az új Dunakeszi felé vezetı úttól kb. 4-5 méterre a fás terület szélérıl valók. A talaj itt is puhább típusú volt a mocsaras részhez hasonlóan. Ez utóbbi két mintánál a felsı réteg a 0-5 cm-rıl, az alsó réteg a 10-15 cm-es régióból származik. A képen a Compack felirat az ipartelep bejáratát jelenti, ahol az elsı épület a Compack vállalaté. A részletes leírást a 2. mintavételi jegyzıkönyv (Függelék 3.) tartalmazza: A korábban részletezett mérést ezekre a talajmintákra is elvégeztem, és a spektrumok érdekes részét a 6. ábrán láthatjuk:
21
beütésszám (db)
Az FV5 minta részletes vizsgálata 10000 8000
fa1
6000
fa2 fa3
4000
mo1
2000
mo2 ut1
0 650
655
660
665
670
ut2
E (keV)
6. ábra Az FV5 mintavételi pont körüli minták spektrumának cézium-csúcsai Már elsı pillantásra látszik, hogy az új minták közül a felszínrıl valókban ismét magasabb a cézium aktivitása, ellenben a talaj alsóbb régiói felé haladva csökken, vagy nagyjából ugyanannyi. Ez arra utal, hogy valamilyen módon a levegıbıl kerül oda a Cs (ülepedéssel,
esıvízzel
vagy
esetleg
nem
természetes
úton,
közvetlen
környezetszennyezéssel), de valószínőleg nem a Szemétégetıbıl, mert akkor nem csak az FV5 környékén lenne. A FA minta egy fa tövébıl származik. Itt tapasztaltuk a céziumtartalom leggyorsabb mélység szerinti csökkenését. Elgondolkodtató azonban, hogy az ÚT jelő mintákban még 12 cm mélyen is jelentıs aktivitás tapasztalható.
mélység
cézium-aktivitás
mélység
cézium-aktivitás
(cm)
(kBq/m2)
(cm)
(kBq/m2)
FV5
0-5
6,12
MO1
0-5
0,4952
FA2
0-12
3,35
MO2
10-15
0,7376
FA1
12-24
1,0149
UT1
0-5
2,5715
FA3
25-30
0,916
UT2
10-12
2,3741
22
Felmerül a kérdés, hogy más talajoknak mennyi a cézium-tartalma. Mennyire kiugró ez az érték, amit tapasztaltunk. Ezért összehasonlításként bemutatok két kiragadott talajmintaspektrumot a tanszék korábbi méréseibıl. Az egyik a Mátra dél-nyugati részérıl származik, a másik a Soproni hegység Szalamandra-forrásának környezetébıl [6]. Ezekben a talajokban nincs cézium-aktivitás. A 6. fejezetben („Az eredmények értékelése”) bıvebben szólok ezen cézium-anomália más eredményekkel történı összehasonlításáról ill. lehetséges okainak keresésérıl.
Összehasonlító talajminták spektrumai
beütésszám/24 óra
1200 Mátra Soproni hg.
1000 800 600 400 200 0 650
655
660
665
670
E (keV)
7. ábra Más területekrıl származó talajminták cézium-csúcsainak helye
5.3. A röntgen-fluoreszcencia analízis eredményei
5.3.1. A salak RFA-spektruma A salak RFA-spektruma a 8. ábrán látható, kiértékelését egy illesztıprogram segítségével végeztük el. Az ábrán a gerjesztı amerícium-forrás csúcsait látjuk a spektrum jobb szélén 60keV energiánál, tıle balra az inelasztikus csúcs. A mintában jelen lévı elemek Kα, Kβ vagy Lα, Lβ csúcsait értékeltük ki. Nehezítette a kiértékelést, hogy egyes csúcsok az energiafelbontás távolságán belül vannak, „ráülnek” egymásra. Így sok esetben csak kizárásos alapon állapítható meg –néhány esetben pedig egyáltalán nem-, hogy melyik elemhez tartozik. A nagy területő csúcsokat kerestük, ezeknek identitása jól megállapítható volt. A módszer önmagában nem mennyiségi analízis, a mátrixhatás miatt. 23
A salak RFA-spektruma 40000 35000 30000
db
25000 20000 15000 10000 5000 0 0
100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 1000000
eV
8. ábra A salak RFA-spektruma Ezek alapján az eredmények azt mutatják, hogy biztosan megtalálhatóak a salakban a következı elemek: ólom, cink, cirkónium, ittrium, stroncium, ezüst, kadmium, ón, antimon, bárium, lantán, cérium és neodínium. A vas a mintatartó anyagában is szerepel, ezért errıl nem tudunk sokat állítani, viszont a többi elem jelentıs része nehézfém, illetve az emberi szervezetre káros anyag. A módszerünk azonban csak minıségi analízis, az elemek mennyiségi viszonyairól nem ad tájékoztatást.
5.3.2 A talajminták elemösszetétel vizsgálata A cézium-szennyezés miatt megvizsgáltam az FV5-ös helyszínrıl vett új minták összetételét röntgen-fluoreszcencia analízissel is. A FA2 minta spektruma az alábbi, 9. ábrán látható. Az ott található talajból vett összes minta spektruma lényegében így néz ki, a kiértékelés folyamán ugyanazokat az elemeket találtam mindegyikben. Tehát ezek a talajminták összetételüket tekintve ugyanolyanok, a terület ebbıl a szempontból homogén. A talajminták mindegyikében megtalálhatóak -nagyjából azonos mennyiségben- a következı elemek: szilícium, vas, réz, rubídium, stroncium, cirkónium, ittrium, nióbium, ezüst, ón, antimon, bárium, lantán és cérium. Ezek egy része természetes része a talajnak, más elemek viszont a cézium szennyezésre, esetleg hasadásra utalhatnak.
24
Természetesen a meghatározás nem takar pontos illesztéseket, így a K β K α arány hozzávetıleges egyezését elegendınek tartottuk az elem elfogadásához. A vas és réz megléte továbbra is lehet detektor-effektus, de ekkora réz-csúcsok nem gyakoriak ennél a mérıberendezésnél. A Fa2 minta 70000 60000 50000
db
40000 30000 20000 10000 0 0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
eV
9. ábra Az FV5 mérési pontnál lévı fa talajának felszíni rétegének rfa-spektruma Ezekbıl az eredményekbıl is kitőnik, hogy fontos volt mindkét vizsgálati módszer alkalmazása ennél a problémánál. Hiszen az imént felsorolt elemeket a gammaspektroszkópia nem mutatta ki, mivel nem volt természetes gamma-sugárzó izotópjuk, a röntgen-fluoreszcencia analízis viszont az elıbbi módszerrel kimutatott elemeket nem érzékelte, mivel nagy aktivitásuk ellenére az RFA kimutatási határához képest kis mennyiségben vannak jelen a mintákban.
25
6. Összefoglalás, az eredmények értékelése A vizsgálataim alapján kiderült, hogy a Szemétégetı kibocsátása nem okoz számottevı sugárzásszint-emelkedést a környezı talajokban. Sıt a talaj urán-, tórium és kálium-koncentrációja az átlagos terepi talajok alatt marad. A HuHa Mő-bıl származó salakanyag sem radioaktív, urántartalma is a kimutatási határ alatt maradt, egészségügyi szempontból jelentéktelen. Viszont méréseink szerint a salakanyag ólomtartalma magas, ami a városi lét egyenes következménye, hiszen rengeteg formában jelen van körülöttünk, és nyilvánvaló, hogy a salakban feldúsulva kimutatható. A környezeti elhelyezés egyik szempontjaként javasoljuk ezt figyelembe venni. Az ólomtartalom pontos mennyiségi meghatározásához a mérési módszerünk kiegészítésével nyílna lehetıség. (Egyébként az említett per során elvégzett környezeti mérések eredménye is az volt, hogy a Káposztásmegyer határában épült M0-körgyőrő miatt megnövekedett gépkocsiforgalom nagyságrendekkel több veszélyt rejt a káposztásmegyeriekre nézve, mint a Szemétégetı.) A HuHa szempontjából itt véget is érhet a vizsgálódás. Tapasztaltam viszont egy nem várt eredményt: az egyik talajmintában kiugróan magas, 6,12 kBq/m2 céziumból fakadó radioaktivitást detektáltam. Ezért a minta környezetét külön is megvizsgáltam, egyrészt, hogy ellenırizzem az elsı mérés helyességét, másrészt, hogy kiderítsem, mekkora területre jellemzı ez a szennyezıdés és milyen jellegő. A részletesebb vizsgálatok (5.2. eredményei) kimutatták, hogy a jelenség kiterjed legalább 100m átmérıjő területre, átlagosan 3 kBq/m2, és ez egy jellemzıen felszíni effektus, a fölsı rétegben mérhetık magasabb értékek és az aktivitás a mélységgel csökken. A 3. képen leírt mérési környezet mindhárom mérési pontja tartalmaz nem elhanyagolható céziumot. Kérdés, hogy mit nevezünk nem elhanyagolható mennyiségnek. A
137
Cs
radioaktivitása nem természetes eredető, emberi tevékenységhez kötıdik. Általában a csernobili reaktorbaleset az okozója, de nem mindig. A csernobili atomerımő-baleset óta fokozott figyelemmel kísérik a talajok cézium-tartalmát, volt azonban mérés 1986 elıtt is. A Berlin környéki talajminták cézium-tartalma egy összehasonlító felmérés szerint (Kannenberg, 1991) 1986 elıtt átlagosan 1295 Bq/m2 volt, míg Bajorországban 3882 Bq/m2 (206 ill. 1137 minta)[1]. A minták eloszlása azt mutatja, hogy Berlin térségében a 3000 Bq/m2 értéknél magasabb felületi szennyezettség elhanyagolható volt. A reaktorbaleset után az átlagos szennyezettség felment 2858 ill. 10648 Bq/m2 értékekre, és
26
Bajorországban a 40000 Bq/m2 érték is elıfordult néhány százalékban. Ezekhez az értékekhez tudjuk viszonyítani az általunk felismert cézium-szennyezıdést. Összehasonlításként megemlítjük, hogy a Svédországi mérések alapján nagy területek
szenvedtek
cézium-szennyezıdést
(Carbol,
1988),
a
magas
felületi
szennyezıdéső helyek 80 kBq/m2 felettiek, az ország nagy része azonban 3 kBq/m2 alatt maradt [2]. Azok a területek, ahol a csapadék azokban a napokban 5 mm alatt maradt. Mindezek alapján a 3 kBq/m2 feletti szennyezettséget már jelentısnek nevezhetjük, és az FV5 minta, illetve a FA és ÚT jelőek ebbe beletartoznak. Sokan foglalkoztak a cézium vándorlásával a talajban és megállapították, hogy migrációja lassú, 1993-ra is csak a legpuhább talajokban ment a cézium-szennyezés vertikális profiljának maximuma 2 cm mélység alá, és a teljes aktivitás 60-90 százaléka a felsı 2 cm-ben volt mérhetı (Ivanov, 1997) [4]. Ezt az Erdélyi mérések is alátámasztják, ahol az érintett területeken (pl. Kolozsvár) 10 kBq/m2 fölé ment a szennyezettség, de több megyében nem találtak 2 kBq/m2-nél nagyobb felületi aktivitást (Mócsy, 1995) [3]. Az általunk felismert szennyezıdés felszíni jellege tehát nem meglepı. Azt, hogy milyen régen történt, a cézium kis migrációja miatt nem lehet megmondani. Az okok között természetesen felmerül a csernobili baleset utáni esızés, de több olyan momentumot is tapasztaltam, ami nem erre utal. Az ÚT minták esetén a vertikális profil azt mutatja, hogy a cézium még 10 cm mélyen is számottevı mennyiségben van jelen. A FA minták esetén azonban szépen mutatja a felületi eredetet. Az 1986 elıtti Bajorországi szennyezettség okairól sem tudok részleteket, bár valószínőleg a korábban történt kísérleti atomrobbantásokhoz köthetı. Ha ez a légköri atomrobbantásokon túlmenıen ipari tevékenységhez is kapcsolható, akkor elıfordulhat, hogy az általam talált szennyezés is kapcsolódik valamilyen ipari beavatkozáshoz. Ezekre természetesen reális okokat nem tudok felmutatni, így csak logikai lehetıségként értelmezem. Igaz, hogy fıleg az utak melletti részben volt jelentısebb radioaktivitás, és itt a mélyebb rétegig (20 cm-ig) is mérhetı volt, de a mocsaras területen sem volt normális a cézium aktivitása, ami talán a talajvíznek köszönhetı. Ez a lokális jelleg sem támasztja alá az esıvízzel történı beszennyezıdés esetét.
27
Azt azonban kijelenthetjük, hogy a talált szennyezıdés nem a Szemétégetıbıl származik. A kérdéses területet tovább vizsgálva talán közelebb juthatunk a kérdés megoldásához. Több minta vételével fel lehetne térképezni a területet a cézium-eloszlás tekintetében. Egy bonyolultabb méréssorozattal meg lehet állapítani, hogy a szennyezés a csernobili balesethez vagy a légköri atomrobbantásokhoz kapcsolható-e. Ezek mellett, persze, felmerülhet az is, hogy az elızı két történelmi esemény közül egyikhez se kapcsolódik szorosan –esetleg valamiféle ipari tevékenységhez köthetı-, ekkor további megfontolások, vizsgálatok válhatnak szükségessé. Összefoglalva a Szemétégetı radioaktív kibocsátását elhanyagolhatónak találtam. Az égetés során keletkezı salakanyag ólomtartalma magas. Találtam azonban egy lokális cézium-szennyezıdéssel terhelt területet, amirıl kimutattam, hogy felszíni effektus, és nagysága 10 méteres skálán nem állandó, de eredetének megállapításához további vizsgálatok szükségesek.
28
7. Módszertani kiegészítés a „Környezetünk radioaktivitása” téma oktatásához A radioaktivitás életünk része, ezért alapvetıen fontosnak tartom, hogy minden érettségizett ember tisztában legyen alapfogalmaival, és a szemléletében helyére tudja tenni akár a természetes, akár a mesterséges radioaktivitást (az atomerımőveket, az orvosi alkalmazásait, stb.). Sajnálatos módon a kerettanterv szerint ez a témakör a 11. évfolyam végén szerepel, ezért aztán sokszor lemarad végül. Ezen kívül egy másik probléma, hogy ritka az a tankönyv, amely megfelelı részletességgel tárgyalja ezt a témát, illetve azon belül a hangsúlyok megfelelıen vannak elosztva. Ezért ebben a fejezetben kidolgoztam egy tömör összefoglalót (fıleg tanárok számára), amelyben szerepel mindaz, amit én fontosnak tartok megtanítani. Erre körülbelül a kerettanterv szerint 5-7 tanórát szánhatunk a magfizika témakörén belül, de ha jól gazdálkodunk (már korábban is) az idıvel, akár egy tanulmányi mini-kirándulás
is
beleférhet,
az
ELTE
laboratóriumaiba,
illetve
a
Mőegyetem
oktatóreaktorába. Elızmények: Az atommag szerkezete; az alfa-, béta-, gamma-, és röntgen-sugárzás; az aktivitás, bomlásállandó és felezési idı fogalma, exponenciális bomlástörvény; bomlási sorok. Következıkben: A maghasadás, és gyakorlati alkalmazása; a magfúzió és gyakorlati jelentısége (a csillagászat elıkészítéseként).
7.1. Környezetünk radioaktivitása
Mottó:” A radioaktivitás nyers természeti erı, a háborítatlan természet része, annak egyik gyógyító erıforrása. A radioaktivitás a természet vegykonyhája, melyben a kémiai elemek átalakulnak, és ablak az atommagok világára. Titokzatos, mert érzékelhetetlen, félelmetes, mert az emberek egymásra és önmagukra tudják szabadítani.
De a radioaktivitás megzabolázható.”
Környezetünk radioaktivitása két részbıl tevıdik össze a természetes és a mesterséges eredető radioaktivitásból.
29
7.1.1. A természetes radioaktivitás
A földi eredető sugárzás
A világegyetemben, és így a Földön is minden anyagban jelen vannak egyes atomok radioaktív izotópjai. A kızetekben megfigyelhetıek a Föld életkoránál nagyobb felezési idejő radioaktív elemek, amelyek még abból a szupernova-robbanásból származnak, amelyben a Föld keletkezett. Ezek a következık: 40K ( T1 / 2 = 1,28 ⋅ 109 év ), 87Rb ( T1 / 2 = 47 ⋅ 109 év ),
238
U
és bomlási sora ( T1 / 2 = 4,49 ⋅ 109 év ) és 232Th és bomlási sora ( T1 / 2 = 14,1 ⋅ 109 év ). A bomlási sorokban vannak egészen rövid, és több ezer éves felezési idejő, α −, β −, és γ − sugárzó izotópok is. A Föld belseje felé haladva, a hımérséklet átlagosan 30 méterenként 1 °C -kal nı, a radioaktív bomlások során felszabaduló atomenergia főti. A Földben születésétıl fogva hatalmas energiamennyiség keletkezett a radioaktivitásnak köszönhetıen, ez okozza a földkéreg mozgásait, a földrengéseket és vulkánkitöréseket.
Hihetetlen mennyiségő hıenergia rejlik alattunk, amelynek hasznos hatásait szó szerint a bırünkön érezhetjük, a mélybıl feltörı forró vizekben: a termálfürdıkben, vagy kihasználhatjuk elektromos energiatermelés céljából a gejzírek formájában. (Izlandon az elektromosság 7 %-a ebbıl a geotermikus forrásból származik, de a geotermikus energia nem tisztán a földkéreg radioaktivitásából ered, hanem van maradékhı is, ami a Föld keletkezése óta be van zárva a magjába.) 30
A radon
A talaj fölött mért gamma-sugárzás sok tényezıtıl függ, többek között a légköri viszonyoktól, mivel az urán- és tórium bomlási sorában található radon (222Rn) és toron (220Rn) gázok terjedése a talajból való kilépés után ettıl függ. Hasonlóan az épületekben minket érı sugárzás mértéke függ az építıanyag fajtájától, származási helyétıl és a szellıztetés mértékétıl. A talajban lévı radioaktív izotópok tehát közvetlenül γ sugárzásukkal növelik a természetes háttérsugárzás mértékét, ezt azonban a talaj leárnyékolja, ezért az emberre gyakorolt hatása kicsi. A talajból kidiffundáló, vagy kiáramló radioaktív nemesgáz, a radon, azonban az emberrel közvetlenül érintkezhet. Az embert érı természetes sugárzás biológiai hatásainak 54%-át a radon és bomlástermékeinek sugárzása okozza. A radonnak húsz izotópját ismerjük, ebbıl három található meg természetes környezetünkben az urán-, aktínium- és tórium-sor radioaktív tagjaként. A legnagyobb felezési ideje ezek közül az uránsorban található 222Rn-nak van, 3,82 nap, amely elegendı ahhoz, hogy keletkezési helyétıl távolabb (a lakóterekben, emberi környezetben) is jelentısebb koncentrációban felhalmozódjon. Néhány kızetfajta bocsát ki, ami a
238
U bomlási sorában elıforduló
226
222
Rn-t
Ra bomlásakor keletkezik, tehát a radon
forrása a kéregben lévı urán. Fıleg ritkaföldfém tartalmú ásványokban gazdag kızetekben tud felhalmozódni az urán, mint amilyen például az agyagban szokásosan megtalálható monacit ásvány. A radon talajból való kiáramlása és a lakóházakba beáramlása nagyon összetett, fıleg az idıjárási viszonyok befolyásolják. A radon kisebb részben, kb. 20%-ban az építıanyagokból, nagyobb részben a talajból, a ház alapjaiból származik – 15%-ban diffúzióval, 45%-ban a légnyomáskülönbség miatti szívóhatás következtében - , átlagosan 17%-a diffundál be a külsı légtérbıl, 2%-a a háztartási vízbıl és 1%-a a földgázból szabadul fel. A lakóterek belsı radon-koncentrációjának veszélyeire a hetvenes-nyolcvanas években figyeltek fel és ezután kezdték szabályozni világszerte. Az Európai Unióban elfogadott, a Nemzetközi Sugárvédelmi Bizottság által ajánlott radonkoncentráció-határérték 400 Bq/m3, de a 200 Bq/m3 esetén már ajánlott a mentesítés: több szellıztetéssel, talajszigeteléssel, vagy pince építésével. Egyes kutatások szerint a 100 Bq/m3 radonkoncentrációjú lakáslevegı is egészségügyi kockázatot jelent, az alacsony sugárzás hatásairól azonban még folynak a kutatások, így nem rendelkezünk megfelelı információval. A radon nemesgáz, ezért a belélegzett radon nagy része ki is ürül a tüdınkbıl, csakhogy a leányelemei már kémiailag aktív rövid felezési idejő fémek, amelyek a levegıben 31
lévı
apró
porszemcsékhez
tapadva
bennmaradhatnak
a
tüdıben,
és
ott
α −, β − és γ − sugárzással bomlanak. Az egészségre legveszélyesebb a nagy energiájú és rövid hatótávolságú α -sugárzás, a többi szervünkre viszont éppen ezért már nem jelent veszélyt. „Tudatában kell lennünk, hogy mindnyájan folyamatosan radont és bomlási termékeit meg ionizált levegıt lélegzünk be. Feltételezhetı, hogy a radioaktív anyag és az ionizált levegı bizonyos szerepet játszhat a fiziológiai folyamatokban...”
(Ernest Rutherford)
A kozmikus sugárzás
A Földet az elıbb tárgyalt földi eredető sugárzás mellett, keletkezése óta éri az Univerzumból nagy energiájú, ún. kozmikus sugárzás is, ilyen körülmények között alakult ki és maradt fenn az élet. (A földi eredető radioaktivitás pedig exponenciálisan csökken, így az ember kialakulásakor még jóval nagyobb volt.) A kozmikus sugárzás alkotói túlnyomó részt a Napból származó nagy energiájú protonok, de megtalálhatók benne ionok, elektronok, neutrínók és gamma-fotonok is, amelyek a Föld légkörének felsı rétegeiben ütközések révén magreakciókat, s ezáltal rengeteg másodlagos részecskét létrehoznak. Ezek újabb reakciókat okoznak, amelyekben egy sor radioaktív elem keletkezik, amelyek a légkör keveredése révén lekerülnek a felszínre, vagy az esı bemossa ıket talajba. Így kerül pl. a trícium-3H- a vizekbe, aminek vizsgálatát a vízgazdálkodásban hasznosítják, és ilyen a radiokarbon-14C is. Ezek az izotópok nagyon kis koncentrációban az élı szervezetbe is beépülnek. Ezen izotópok pl. fák kihalása után elkezdenek bomlani, és így koncentrációjuk alapján lehet kormeghatározást végezni. Tehát minden pillanatban tudtunkon kívül részecskék sokasága hatol át testünkön, sıt bomlik el szöveteinkben. Amikor az atmoszféra felsıbb rétegeiben a kozmikus sugárzás által keltett neutronok reakcióba lépnek az ott lévı
14
N atommagokkal, akkor keletkezik a β -sugárzó 3H izotóp, a
trícium (12,3 év felezési idıvel) az alábbi reakcióban: 14
N + n →3 H +12 C .
14
N + n → p +14 C
Egy másik, a
reakció során keletkezik a szintén β -sugárzó, 5770 éves felezési idejő
14
C izotóp, a
radiokarbon. Mindkét elemre igaz, hogy keletkezésük és bomlásuk egyensúlya állandó értékre 32
3
állt be a Földön: az egyensúlyi trícium-koncentráció
H = 10−18 , az egyensúlyi radiokarbonH
14
koncentráció
C = 10−12 . C
A Föld mágneses tere jelentıs védelmet nyújt a világőrbıl érkezı töltött részecskék ellen azzal, hogy a mágneses pólus felé tereli ıket. A „sarki fény” is ilyen kozmikus zápor eredménye. Emellett persze a légkörnek is van védıhatása, a sugárzás mértéke a magassággal nı. A kozmikus sugárzás az embert érı teljes sugárdózis 8%-a.
33
A természetes radioaktív sugárzás tehát elkerülhetetlen velejárója életünknek, olyannyira, hogy mi magunk is rendelkezünk mérhetı radioaktivitással. Az eddig felsorolt tényezık a külsı sugárterhelés összetevıi voltak, azonban egy másik fogalom is kialakult: a belsı sugárzás. Ez magában foglalja a saját testünktıl származó sugárhatás mellett az egyes elfogyasztott élelmiszerek radioaktivitásából és a radon tüdınkben lerakódó leányelemeinek bomlásából adódó sugárzást.
A belsı sugárzás
A belsı sugárzás belülrıl ér minket, testünk atomjai által, amelyek közül egyes elemeknek bizonyos hányada radioaktív izotóp. A testünkben található vízben egyes hidrogénatomok helyett trícium, a sejtek alapköve, a szénatom helyett radiokarbon, és a kálium- és rubídium atomok bizonyos hányada helyett is a radioaktív izotópjuk van jelen. Az arányok, és az aktivitások a következık: Radioaktív izotóp 3
H
14
C Rb 40 K Össz 87
Mennyisége a Aktivitás szervezetben (Bq) (darab) 10 4,8 ⋅ 109 3000 750 ⋅ 1012 100 2500 ⋅ 1018 5500 3000 ⋅ 1018 8610
Ezeken kívül megemlítendı még a 7Be, a 22Na, valamint az urán és tórium izotópjai. Ezek a radioaktív izotópok mindenképpen a bensınkben sugároznak, ezáltal a legfontosabb sugárforrás, aminek ki vagyunk téve, saját magunk - kb. 8600 Bq aktivitással. Ennek nagyjából a fele a kisenergiájú bétasugárzó izotópok bomlása miatt adódik, ezek az elektronok csak néhány sejtben adnak le energiát, hatótávolságuk rövid. A másik fele a
40
K bomlásából származik, amely során nagy áthatolóképességő gamma-sugárzás
keletkezik, ami el is tudja hagyni az emberi testet. Emellett belsı sugárzásként tartjuk számon a táplálékok (pl. banán, vagy só káliumtartalma) és a levegı (szabad- és lakás levegı) által szervezetünkbe jutott sugárzó anyagokat. Saját belsı aktivitásunk a teljes minket érı természetes sugárzás 11%-a, az élelmiszerektıl származó sugárterhelés kb. 3%. Az alábbi ábrán látható a természetes sugárzás százalékos eloszlása.
34
A természetes sugárzás eloszlása
Talaj, épület 24% Kozmikus sugárzás 8%
Saját belsı sugárzásunk 11% Radon és leányelemei 54%
Élelmiszerek 3%
Módszertani megjegyzés: A természetes radioaktivitás tanításánál alapvetıen fontos tudatosítanunk a diákokban, hogy ez mindenképpen mindenkit ér civilizációtól függetlenül, sıt a lakosság sugárdózisának 2/3-át ez adja. Lépten-nyomon találkozunk vele, tudtunkon kívül és nem valami ember által létrehozott „szörnyőség”, amitıl rettegni kell.
7.1.2. A mesterséges eredető radioaktivitás A természetes sugárzáson kívül még az emberi tevékenység miatt fellépı mesterséges sugárzás hat ránk.
Orvosi eredető sugárzások
Ezek közül is a legjelentısebb az orvosi diagnosztikai- és terápiás eljárásokból adódó sugárterhelés. Az ionizáló sugárzások biológiai hatását késıbb tárgyaljuk, de annyit itt is megjegyezhetünk, hogy a gyorsan osztódó sejtek a legérzékenyebbek a sugárzásra. Ezért kell röntgendiagnosztikai vizsgálat elıtt megkérdezni a pácienst, hogy nem vár-e gyermeket, mert az embrió veszélybe kerülhet, illetve ezért lehet a daganatoknál sugárterápiával jó eredményeket elérni, hiszen ekkor a rákos sejtek jobban pusztulnak, mint az egészségesek (itt persze a kezelés környezetében az egészséges sejtek is elhalnak, emiatt súlyos, de orvosilag kontrollálható mellékhatásokkal kell számolni). Ezektıl a kirívó esetektıl eltekintve, az átlagember az orvosi rendelıben leggyakrabban röntgen és CT vizsgálattal találkozik.
35
Valójában ennél sokkal többször használják az orvoslásban a sugárzásokat. Ennek két fı csoportját különböztetjük meg: a röntgen-diagnosztika, ill. –terápia, és a radioaktív izotópok alkalmazása a diagnosztikában, ill. a terápiában. Az orvosi eredető sugárterhelés a lakosságot érı sugárzásnak kb. 31%-a.
Emellett persze megemlítendı a nukleáris ipar, -fegyverek, technika és kutatás miatt bekövetkezı többlet-terhelés. Azonban a közhiedelemmel szemben a valóság az, hogy az embert érı sugárzások legnagyobb hányada természetes eredető, és a mesterséges sugárzásoknak is csak elenyészı százaléka adódik az emberi nukleáris tevékenységekbıl, a nagy része önként vállalt orvosi eredető terhelés. Az arányokat az alábbi ábra mutatja. A lakosság sugárterhelésének eloszlása Mesterséges sugárzás 32,3% Nukleáris ipar 1,6%
Orvosi eredető 30,7%
Természetes sugárzás 67,7%
Mindazonáltal a világból érkezı hírekben és a köztudatban nukleáris emberi tevékenységek szerepelnek a leggyakrabban, ezért errıl is kell beszélnünk.
36
Nukleáris fegyverkísérletek
Egy nukleáris fegyver (bomba) kísérleti jellegő felrobbantáskor is jelentıs mennyiségő hasadvány kerül a légkörbe, melyek egy része rögtön visszahullik a robbantás környezetébe, másik részét a szél messzebbre is elfújja, a maradék kis szemcsemérető aeroszolok feljutnak a felsı légrétegekbe, és a légkör keveredésétıl függıen -akár évekkel késıbb- visszakerülnek az alsóbb rétegekbe, ahol radioaktív szennyezıdést eredményeznek. Nyilvánvaló, hogy a robbantás közvetlen közelében a legnagyobb a sugárterhelés, és a távolsággal csökken, egyrészt térben: a szétterülés miatt hígul a szennyezés, másrészt idıben: messzebbre hosszabb idı alatt jut el a szennyezés, ez alatt a radioaktív izotópok aktivitása exponenciálisan csökken. A hosszú felezési idejő elemek közül sugárvédelem szempontjából a legfontosabbak a 90
Sr és a
137
Cs, melyek felezési ideje éves nagyságrendő. A veszélyek felismerése és
tudatosítása után kötötték meg 1963-ban a világ atomhatalmai az „atomcsend-egyezményt”, amely a továbbiakban megtilt mindennemő légköri atomrobbantást és –kísérletet, csakhogy még ezzel sem törölték el a korábbi robbantások – hosszú távú - következményeit.
Atomenergetika, atomerımővek
A mesterséges sugárterhelésnek szintén forrása az atomreaktorok mőködtetése, akár kutatási, akár energiatermelési célokra használják ıket –bár az atomerımővek mellett a kutató reaktorok, teljesítményüknél fogva, elhanyagolható szennyezést jelentenek. Az atomerımővektıl származó sugárterheléseket aszerint különböztetjük meg, hogy normál üzemi, vagy üzemzavari kibocsátásról van szó. Nagyon lényeges különbség, hogy a normál üzem során nincs említésre méltó radioaktív kibocsátás, míg az üzemzavarok esetén nem is csekély. Azonban a diagramról látható, hogy még így is elenyészı a természetes radioaktivitás mellett. Egy atomerımő normál-üzem közben légnemő és folyékony radioaktív anyagokat bocsát a környezetbe, amelyek határértékét elıírások szabályozzák, ezek betartását, pedig kitelepített környezetellenırzı hálózat figyeli. A folyékony szennyezık közül elsısorban a tríciumos vizet, illetve a vízben oldott hasadási és korróziós termékeket kell megemlíteni, ezeket a vizeket összegyőjtik, és kibocsátás elıtt ellenırzik, hogy a szennyezettség mértéke a megengedett határt ne érje el.
37
Ha üzemzavar következtében egy atomerımőbıl jelentısebb mennyiségő radioaktív anyag kerül a környezetbe, az elsıdleges feladat a terjedésre vonatkozó adatokat megszerezni, ill. méréseket elvégezni, valamint a veszélyeztetett lakosságra vonatkozó intézkedéseket megtenni. Az atomerımőtıl távolabb lakókat „csak” a hosszú felezési idejő izotópok veszélyeztetik. Ezek közül is a szennyezés kezdetén a 131I a legjelentısebb, de -mivel felezési ideje 8 nap- 3 hónap múlva már szinte észre se venni. Kezdetben belégzés útján kerülhet a szervezetbe, késıbb –bekerülve a táplálékláncba- a tejben dúsulhat fel. A sugárterhelést növelheti olyan zöldség, gyümölcs fogyasztása is, amelyre radioaktív anyagot tartalmazó esı hullott, ám ez ellen egyszerően védekezhetünk: bı csapvízben alaposan meg kell mosni. Fontos szerepe van még a szennyezésben a
137
Cs (és
133
Cs) - izotópnak és a 90Sr-nak,
amelyekkel hosszú felezési idejük miatt hosszú távon számolni kell. A stroncium csak bétasugárzó és a csontokba épül be, így a vérképzésben alapvetı csontvelıt károsítja. A cézium béta- és gamma-sugárzó, és az izomszövetbe épül be, így az egész test sugárterhelését megnöveli.
A szakdolgozatom elsı – kutatási - részében különleges szerepet kapott a
137
Cs –
izotóp, amelynek felezési ideje 30 év, és mind a fegyverkísérletek, mind a csernobili katasztrófa hatására jutott belıle hazánknak (egyébként szinte egész Európának), ezért a talajok még ma is mindenképpen tartalmaznak több-kevesebb radioaktív céziumot. Az alábbi ábra Svédország talajbeli cézium-eloszlásának állapotát ábrázolja a csernobili katasztrófa után. 38
A paksi atomerımő a világ tíz legbiztonságosabb atomerımőve között van, és 2003. áprilisáig eddigi történetében még soha nem haladta meg a kibocsátásra vonatkozó határérték századrészét sem, de akkor is még a küszöb alatt volt.
A természetes sugárzást növelı tevékenységek
Ezeken kívül még szóbajöhetnek olyan tevékenységek, amelyek növelik a természetes sugárzást. Ezek a repülés, a dohányzás és a szénerımővek. A repülıgép felszállásakor, ahogyan a talajtól távolodunk, elıször csökken a sugárzás mértéke, mivel a Föld sugárzásától távolabb kerülünk, de egy bizonyos magasságot elérve újra nıni kezd, mert itt már a kozmikus sugárzás szerepe megnı. Egy
dohányzó
ember
tüdejében
a
kátránycseppek
jelenlétében
megnı
a
radonleányelemek transzportja, emiatt az ólom 210-es izotópja 300 %-kal, a polónium 210 izotópja 200%-kal több lesz, mint a nemdohányzókéban. Ennek megfelelıen a sugárzás is
39
ilyen arányban nı, ráadásul ezek nehézfémek. A dohányzás a csontok
210
Pb-tartalmában is
75%-os növekedést idéz elı, így a vérképzı rendszert is károsítja. A kıszén és a talaj nagyjából azonos mértékben tartalmaz radioaktív izotópokat, emiatt a szénerımővek pernyéjében az urán és az ólom feldúsul, így a szén, vagy fosszilis alapanyagot feldolgozó erımővek kéményébıl kiáramló pernye a környezet radioaktív szennyezıdését és –ezáltal a lakosság többlet-sugárterhelését- okozza. (A mátrai szénerımő radioaktív kibocsátása magasabb, mint a paksi atomerımőé.)
Módszertani megjegyzés: A mesterséges radioaktivitás megtanítása különösen fontos, mivel a világ különbözı részeibıl jövı hírek gyakran szólnak atomrobbantásokról, atomerımővekrıl, atomfegyverekrıl, katasztrófákról, és egyéb olyan dolgokról, amelyekkel a gyerekek nemigen tudnak mit kezdeni. Önálló ismeretek és vélemény hiányában a szüleik, környezetük véleményét elfogadják, és erre alapoznak - sokszor hibásan. Ha megfelelı ismerettel ruházzuk fel ıket, akkor önálló szemléletet és véleményt tudnak kialakítani, nem tévesztik el az arányokat, meg tudják különböztetni a valódi hírt az „áltudományos badarságoktól”. Másrészt érdekességnek tartom a repüléssel kapcsolatos témát, elrettentınek a dohányzásról szólót és elgondolkodtatónak a szénerımő példáját. Elgondolkodtató ebben a két fejezetben az is, hogy a világ szemüvege mennyire eltorzítja az arányokat. Egyrészt, mennyire könnyedén veszi az orvoslást és szigorúan a nukleáris ipart, másrészt mennyivel nagyobb hangsúlyt fektet a mesterséges radioaktivitásra, mint a természetesre, annak ellenére, hogy a dózisok eloszlása nem ezt tükrözi. A „radioaktivitás” szó hallatán garantáltan mindenkinek az atomerımő jut az eszébe (jó esetben Paks, rossz esetben Csernobil), holott a legjelentısebb sugárhatás környezetünkben a radon. (A Greenpeace inkább szellıztessen sőrőbben, mint tüntessen Paks ellen) Mindenesetre szerintem e téma tanításakor ezt a képet kell helyreállítani a diákok fejében, hogy objektíven és arányosan lássák ezt a kérdést.
7.2. Környezetünk radioaktivitásához kapcsolódó fontos fogalmak megtanítása Ebbe a fejezetbe kiegészítı anyagként vázlatpontokban összegyőjtöttem azokat a témákat, amelyeket még fontosnak tartanék megtanítani. Az elızı két témára feltétlenül kellene idıt szánni, de ha jól gazdálkodunk az idıvel, akkor sor kerülhet az alábbiakban felsorolt témákra is. Az elméleti anyag alapjául tökéletesnek tartom az irodalom [2]- es jelő jegyzetét, illetve az internetes hivatkozások közül az elsıt. 40
Sugárzások detektálása
-Detektorok mőködésének alapjai általában, típusai -Számlálók, részecske-nyomdetektorok, a ködkamra és a GM-csı mőködése
Módszertani megjegyzés: Miután megtanítjuk a gyerekeknek a sugárzásokat, lényeges, hogy bizonyítékát lássák annak, hogy valóban létezik, és nem csak egyesek kiváltsága, hogy tudományos módszerekkel észleljék, hanem mi, „egyszerő emberek”, egyszerő módszerekkel is tapasztalhatjuk. Fontosnak tartom, hogy ismerjék a ködkamra és a GM-csı mőködését, hiszen ezzel kísérleteket is végzünk, a többi detektor mőködésével azonban fölösleges terhelni a diákokat, de persze érdemes megemlíteni ıket.
A kockázat
-A kockázat fogalma, ezzel kapcsolatban a kár és a káros esemény bekövetkezésének valószínősége, valamint az elıny. -Foglakozások kockázata, a társadalmilag vállalt átlagos munkahelyi kockázat -Vállalt és kényszerített kockázat, társadalmilag elfogadható kockázat -A mesterséges sugárzás összetevıinek kockázata, különös tekintettel a nukleáris ipar kockázatára Módszertani megjegyzés: Ezt a témát ügyesen kell megtanítani, vagyis úgy, hogy a gyerek ne érezze azt, hogy itt valami bonyolult, tudományos dologról beszélünk. Azt kell érzékeltetni, hogy ezzel már mindannyian találkoztunk, ez egy teljesen hétköznapi dolog, csak még soha nem fogalmaztuk meg így. Legjobb, ha beszélgetést kezdeményezve, irányítgatva fejtjük ki ezt a témát, úgy, hogy lényegében ık jönnek rá mindenre, mi csak elnevezzük a fontosabb fogalmakat, elıkészítjük a terepet a sugárvédelemnek.
Általános sugárvédelem
-A sugárvédelem hármas alapelve: az Indokoltság elve, az ALARA-elv, és a Dóziskorlátozások rendszere (elsıdleges, másodlagos korlátok) -Inkorporáció-dekorporáció (Hevesy György), idı- és távolságvédelem-árnyékolás
41
Módszertani megjegyzés: A sugárvédelem általános elvei, a védekezési módok és ehhez kapcsolódóan a kockázat fogalma, olyan témák, amelyek nem feltétlenül szükségesek, de lényegesek. Ezekrıl is gyakran hallunk a médiából, ezért itt sem árt tisztázni a tudományos (és hivatalos) álláspontot. Hevesy nevét azért írtam oda itt zárójelben, mert szinte minden fejezetnél találhatunk magyar vonatkozást és nemcsak itt, de az egész fizikaoktatás során rendkívül fontosnak tartom, hogy a diákok megismerjék és példaképnek tekintsék azokat a magyarokat (legalább nevüket és tudományos eredményeiket), akik hazánk jó hírét keltik a nagyvilágban
A sugárzások biológiai hatásai
-Az ionizáló sugárzások hatásmechanizmusa, a károsító hatás fizikai és biológiai folyamata (Wigner Jenı) -Fizikai- és biológiai dózisfogalmak: elnyelt dózis, egyenértékdózis, effektív egyenértékdózis (gray, sievert, súlyozó tényezı) -A biológiai hatás kialakulása és az ezt befolyásoló tényezık (besugárzási idı, sugárérzékenység) - A biológiai hatások osztályozása: genetikus-szomatikus, szükségszerő-véletlenszerő -Dózis-hatás görbék, kapcsolat a kockázattal és a sugárvédelemmel: dóziskorlátok
Módszertani megjegyzés: Rendkívül fontosnak tartom, hogy letisztázzuk a sugárzás biológiai hatásait és azok fizikai, sugárfizikai és biológiai okát, illetve a befolyásoló tényezıket. Ezen kívül az is alapvetı, hogy az indokolatlan félelmeket eloszlassuk, ennek a legmeggyızıbb és legszemléletesebb módja a dózis-hatás görbék elemzése.
7.3. Demonstrációs lehetıségek
Sajnálatos módon az állami iskolák szertárai nagyon szegényes készlettel rendelkeznek, így a demonstrációs lehetıségek korlátozottak. Különösen így van ez az atomfizika, illetve a radioaktivitás témájánál, ahol ráadásul nemigen lehet „házilag barkácsolni” kísérleti eszközöket, még egy egyszerő Geiger-Müller számláló is igen drága, nem beszélve a radioaktív preparátumokról. A legtöbb iskolában ezért nincs lehetıség ennek a témának a gyakorlati bemutatására, és jóllehet a téma már önmagában is érdekes, aktuális és
42
praktikus ismereteket rejt, mégis fontos lenne a szemléltetés (Mint tudjuk, a vizuális információ terjedési sebessége nagyobb, mint a verbálisé, kiváltképp a gyerekeknél.)
7.3.1. Tanulókísérletek GM-csıvel
Ha azonban van az iskolában egy GM-csı, akkor egyszerően mérhetünk a természetes radioaktivitás kínálta lehetıséggel élve.
A légtérbeli radon és leányelemei jelenlétének bizonyítása
A szoba levegıjében elbomló radon leányelemei nem gáz halmazállapotúak és ionizált állapotban keletkeznek, ezért hozzátapadhatnak a porszemcsékhez (aeroszolokhoz) és pozitív töltéssel látják el azokat. Ezeket a porszemcséket egy felfújt lufi megdörzsölésével (ezáltal negatív töltésővé válik) összegyőjthetjük, majd –miután mérhetı aktivitásúvá halmozódnakígy a pozitívan töltött radioaktív részecskék jelenlétét GM-csıvel kimutathatjuk.
Belsı légterek aktivitásának vizsgálata
A tanterem levegıjének radon-tartalmát a leányelemek detektálásával egyszerő bemutatni, mert a leányelemek gamma-sugárzóak – ellentétben a radonnal, ami alfa-sugárzó. A radon leányelemeinek összegyőjtésére egy jó módszer a porszívózás. Ha a porszívó csövének helyére kis összehajtogatott gézt teszünk és kb. 2 órán át járatjuk a porszívót, akkor a levegıben lévı porszemek fennakadnak a géz-szőrın, így elegendı leányelemet halmozunk fel a gézen, hogy mérhessünk. Ezt egy egyszerő GM-csıvel vizsgálhatjuk, bemutathatjuk a leányelemek kiülését, de kvantitatív mérést is végezhetünk, amivel kísérletileg igazolhatjuk az exponenciális bomlástörvényt. A leányelemek aktivitása ugyanis kb. fél órás felezési idıvel csökken, és az öt perc alatt detektált intenzitást ábrázolva grafikusan megkaphatjuk a bomlástörvényt (félig logaritmikus koordináta-rendszerben ábrázolva egyenest kapunk).
Természetes kızetminták és építıanyagok radioaktivitásának vizsgálata
A természetes kızetminták általában radioaktívak, különösen a Mecsekbıl származóak. Egy GM-csıvel egyszerően lehet demonstrálni ezt a tényt, valamint a
43
távolságfüggést, esetleg az árnyékolást. A gyerekek által behozott építıanyagokkal, sóval, ill. a saját testünkkel is érdemes próbálkozni.
A kozmikus sugárzás demonstrálása
A kozmikus sugárzás szintén érzékelhetı GM-csıvel is. A kozmikus müonok a GMcsövek gázterében elég nagy energiát veszítenek ahhoz, hogy érzékelni lehessen ıket, csakhogy az elızı kísérletek után meg kell gyızni a gyerekeket, hogy valóban azt mérjük és nem más eredető sugárzást. E célból két dolgot célszerő tenni: egyrészt érdemes a szabadban mérni, így kiküszöbölhetı az épület árnyékoló hatása és az építıanyagok aktivitásának belemérése is, másrészt egyfajta koincidencia mérést kell alkalmazni, azaz két GM-csövet egymásfölé helyezni, ugyanis így a fölülrıl érkezı töltött részecskét egyszerre lehet érzékelni mindkettıben, és meg tudjuk különböztetni a másból eredı (pl. talajból) beütésektıl. A kozmikus sugárzást ködkamrával is nagyon látványosan lehet szemléltetni, ha akad egy ködkamrája az iskolának…
Ezek a kísérletek és mérések egyszerőek és látványosak, azonban GM-csı (csövek) szükséges(ek) hozzájuk.
7.3.2. Számítógépes demonstráció
A másik demonstrációs lehetıség az ELTE-TTK magfizikai laboratóriumi gyakorlata során használt programcsomag, amely használata a „PAX” elnevezéső gyakorlat tárgya volt. Ebben a csomagban található egy bomlástörvényt demonstráló program, egy neutron tömegét ütközések alapján meghatározó program, valamint az atomreaktorokkal kapcsolatos kisebb programok: neutronok diffúzióját, lassítását (azaz a moderátor optimalizálását) és a reaktor alakjának szerepét bemutató program, és egy nagyobb program, amely lényegében egy stratégiai játék: egy atomreaktort kell irányítani, és energiát termelni. Ezek a programok rendkívül látványosak, különösen az utolsó, amelybıl kiderül, hogy mennyire nehéz egy atomreaktort irányítani (de nem lehetetlen).
44
7.3.3. Tanulmányi kirándulás
A harmadik lehetıség (és ez sokkal jobb, mint az elızı, csak „macerásabb”), ha az iskolák ún. tanulmányi kirándulást szerveznek egyrészt a BME Oktatóreaktorába, másrészt olyan intézmény laboratóriumába (pl. BME, ELTE), ahol használják és oktatják a nukleáris módszereket. A legjobb idıpont a program bemutatására, illetve a kirándulásra a maghasadás témakörének megtanítása után adódik, ekkor már az atomreaktor mőködésérıl is tanulnak, és szerintem minden embernek felejthetetlen élmény, ha egy atomreaktort megfigyelhet belülrıl (ahogyan kinéz, ahogyan mőködtetik, stb.), nem is beszélve a Cserenkov-sugárzás látványáról. Egy ilyen kiránduláson a tanulók betekintést nyerhetnek a gyakorlati sugárvédelembe, láthatnak különféle detektorokat, dózismérıket, megismerhetnek mérési eljárásokat szervezett keretek között. Egy nagyon jó fórum volt erre az ELTE-TTK-n „Radioaktivitás: a természet része” címmel 2003. februárjában megrendezett kiállítás, amelyet szerintem minden évben - de inkább májusban - meg lehetne rendezni és szervezetten középiskolás csoportokat fogadni.
7.4. Feladatok az órai munka feldolgozásához 7.4.1. Sugárzások jellemzése, leírása, fizikai mennyiségek, gyakorlás* (Elızmények) 1. Adott 1010 darab radioaktív atommag T felezési idıvel. Közelítıleg hány mag marad meg 2T idı után? 2. Ha a rádium felezési ideje 1600 év, akkor valamely rádium mennyiségnek hányadrésze bomlik el 1000, illetve 2000 év alatt? 1 3. Az urán atommag bomlási állandója 4,9 ⋅ 10−18 . Határozd meg az urán atommagok s
felezési idejét! 4. Mekkora egy mól 40-es tömegszámú és 1,28 ⋅ 109 év felezési idejő kálium atommag aktivitása? Mennyi idı alatt csökken felére az aktivitás? 5. Egy lombikban lévı vízbe 131J izotóp-szennyezés került. Négy nap elteltével a lombik tartalmának aktivitása 300 Bq volt. Hány gramm 131J – izotóp került a vízbe, ha 1 g 131
J – izotóp aktivitása 4,6 ⋅ 1015 Bq és a felezési idı 8 nap?
45
6. Egy tartály 4 mg rádiumot tartalmaz. A rádium rendszáma 88, tömegszáma 226, felezési ideje 1680 év. a) Hány rádiumatom van a tartályban? b) Hány mg rádium lesz a tartályban 3360 év múlva? c) Hány rádiumatom bomlik el 1 s alatt? d) A kisugárzott α rész energiája 7,67 ⋅ 10−13 J . Mekkora a sebessége, ha m = 6,64 ⋅ 10 −27 kg ? e) Milyen rendszámú és tömegszámú atommag keletkezik?
7.4.2. A természetes radioaktivitás 1. Határozd meg annak a fatárgynak az életkorát, amelyben a 14C fajlagos aktivitása 67%-a az ugyanilyen, de frissen kivágott fáénak! A 14C felezési ideje 5770 év. 2. Egy palack bort 100 éves ritkaságként árvereznek, végül a vásárló 1000 $-ért kapja meg. Ezután megméri az aktivitását és 24 Bq-t mér, azaz az esıvíz 256-od részét. Megérte-e a bor az árát? 3. A csernobili katasztrófát követıen a tehéntej aktivitása 2 kBq/l volt. Egy liter tejbıl 40 dkg sajt készíthetı, melyben a jód 80%-a kerül át és fogyasztásra akkor alkalmas a sajt, ha aktivitása 400 Bq/kg alatt van. Mennyi idı múlva lett a sajt fogyasztható, ha úgy tekintjük, hogy az aktivitás a 131J-tól származik, amelynek felezési ideje 8 nap? 4. Egy átlagos lakásban m3-enként 1s alatt 50 bomlás következik be a radongáz jelenléte miatt. Hány bomlás következhet be egy óra alatt éppen a tüdıben a belélegzett radon miatt, ha a tüdıben átlagosan 2 liter levegı mindig van? 5. A kálium-hiányos betegeknek adott 1 g-os Kálium-R tabletta 524,44 mg káliumiont tartalmaz tablettánként. Mekkora többlet-aktivitást jelent az emberi szervezet számára a napi 2 tabletta bevétele?
7.4.3. Sugárdózisok*(Kiegészítı anyag)
1. Az éves tüdıröntgen alkalmával magunkra szerelt dózismérı szerint az elnyelt dózis 0,858 mGy volt. A dóziskorlátozások rendszere szerint veszélyes-e az évente kötelezı tüdıszőrés? Hány tüdıröntgent kellene ahhoz készíteni, hogy veszélyes legyen?
46
2. Tekintsük az elızı feladatot azzal a különbséggel, hogy ebben az évben nemcsak tüdıröntgenen vettünk részt, hanem még a lábunk is eltört, amelynek megröntgenezésekor 0,25 mGy elnyelt dózist mérünk. Ez vajon veszélyes-e? Az éves tüdıszőrésen kívül hányszor törhet el a lábunk, hogy még ne lépjük túl a lakossági dóziskorlátot? 3. Egy ember egy betegség miatt szükséges orvosi vizsgálatok következtében havonta 1,2 mGy elnyelt dózist kap valamelyik testrészére. Van-e olyan része, amelynek ez már káros lehet? (Válogassunk a mell, tüdı, csont, ivarszervek, és szemlencse közül!)
7.6. Tanmenetrészlet és egy kiválasztott óra vázlata A „Környezetünk radioaktivitása” címő fejezet tanítására a 11. évfolyam második félévében a magfizika témakörén belül, a radioaktivitás témájában kb. 5 órát fordíthatunk, ennek megfelelıen készíthetı el az alábbi tanmenetrészlet, a fenti részletes tananyag feldolgozásához. A kerettantervben meghatározott témákra és az általam hozzárendelt óraszámok a Függelék 4.pontjában láthatók.
7.2.1 Tanmenetrészlet
A radioaktivitás témájának elsı két óráján az „Elızmények” megtanítása és begyakorlása szükséges. A következı három óra anyaga semmiképpen nem maradhatna ki (persze, ha nincs GM-csı, akkor igen, de ez esetben a tanulmányi kirándulás még fontosabb). A 6-7. óra a fent részletezett kiegészítı anyagé, ha belefér az idıbe, mert ezután már a maghasadás következik a tantervben. A tanmenetrészlet a Függelékben 5. pontjában található.
7.2.2. Óravázlat
A 3. óra a természetes radioaktivitásról és annak gyakorlati alkalmazásairól szól. A részletes óravázlat a Függelékben 6. pontjában található.
47
7.5. Információk tanároknak
7.5.1. Irodalom
[1] Kiss Dezsı - Horváth Ákos - Kiss Ádám: Kísérleti atomfizika (ELTE Eötvös Kiadó) [2] Magfizikai Laboratóriumi Gyakorlatok tanárszakos hallgatók számára- szerk.: Sükösd Csaba (ELTE) [3] Budó – Mátrai: Kísérleti Fizika III. (Nemzeti Tankönyvkiadó) [4] Moór Ágnes: A fizika alapfogalmai középiskolásoknak (Cser Kiadó) [5] Moór Ágnes: Középiskolai fizikapéldatár (Cser Kiadó) [6] Dér – Radnai – Soós: Fizikai Feladatok (Nemzeti Tankönyvkiadó)
7.5.2. Elektronikus irodalom
http://ion.elte.hu/~pappboti/radioaktivitas/cimlap/tematika/radioakt/radioakt.htm http://ion.elte.hu/~pappboti/radioaktivitas/ http://ion.elte.hu/~ákos/mflab ludens.elte.hu/radioaktivitas
48
Köszönetnyilvánítás
A dolgozatban leírt mérések az ELTE Atomfizikai Tanszéken történtek, köszönet illeti Csorba Ottót, dr. Deák Ferencet és Pávó Gyulát, a tanszék munkatársait, mindenre kiterjedı technikai és számítástechnikai segítségükért és a detektorok beállításáért, valamint köszönet Papp Botondnak a mérési tapasztalatainak megosztásáért. Köszönet Gyóni Gábornak, a Fıvárosi Hulladékhasznosító Mő energetikus fımérnökének, akitıl rengeteg segítséget és információt kaptam a HuHáról. Köszönöm dr. Barkács Katalinnak, hogy a dolgozatot átolvasta és segítı megjegyzésekkel ellátta. Köszönet Kokol Juditnak, évfolyamtársamnak a mintavételekben történt segítségéért. Végül, de nem utolsósorban, köszönöm dr. Horváth Ákosnak, hogy tudásával, személyiségével és segítıkészségével hozzájárult szakdolgozatom elkészüléséhez.
HIVATKOZÁSOK [1] M. Kannenberg Interpolation von Messungen zur Belastung durch Radionuklide im Stadtgebiet von Berlin Gutachten im Auftrag der Senatsverwaltung für Stadtenwicklung und Umweltforschutz, Berlin
[2] P. Carbol, T. Ittner, M. Skalberg, Radionuclide Deposition and Migration of the Chernobyl Fallout in Sweden, Radiochimica Acta 44/45, 207-212 (1988)
[3] Mócsy Ildikó, Eduard Muntean, Forgó Csaba, Erdély talajainak radioaktivitása a csernobili atomreaktor-baleset után, Fizikai Szemle 1995/1.
[4] Y.A. Ivanov, N. Lewyckyj, S.E. Levchuk, B.S. Prioster, S.K. Firsakova, N.P. Arkhipov, A.N. Arkhipov, S.V. Kruglov, R.M. Alexakhin, J. Sandalls, S. Askbrant: Migration of 137Cs and 90Sr from Chernobyl Fallout in Ukrainian, Belarussian and Russian soils. Journal of Environmental Radioactivity, Vol. 35, No. 1, pp 1-21 (1997)
49
[5] Halász István: A Velencei hegység természetes radioaktivitása, Szakdolgozat 1999, ELTE Atomfizikai Tanszék
[6] Aros Gabriella: A természetes radioaktivitás vizsgálata a Soproni-hegységben, Szakdolgozat 2003, ELTE Atomfizikai Tanszék
[7] Magfizikai Laboratóriumi Gyakorlatok tanárszakos hallgatók számára- szerk.: Sükösd Csaba (ELTE)
[8] Moór Ágnes: Középiskolai fizikapéldatár (Cser Kiadó)
[9] Dér – Radnai – Soós: Fizikai Feladatok (Nemzeti Tankönyvkiadó)
50
8. Függelék 8.1. Mintavételi jegyzıkönyv
Minta
Mikor
Hol
Mélység
Milyen
cm FV1
2003. október 11.
1. SZ (70) buszmegálló
8-10
közepes- (füves)
FV2
2003. október 11.
2. SZ kerítés oldala
10
puha, csigás
FV3
2003. október 11.
3.(25) kert
6-8
kemény (füves)
FV4
2003. október 11.
4. (70) útszél
8
közepes+ (füves)
FV5
2003. október 11.
5.(170) útszél
6-8
kemény, kavicsos
FV6
2003. október 11.
6. KÁP kert
10
Puha
FV7
2003. október 11.
7. Farkaserdı
10
puha (avaros)
FV8
2003. október 11.
8. GYT árokszél
10
puha (avaros)
FV9
2003. október 11.
9. TSZ útszél
8
közepes+ (füves)
FV10
2003. október 13.
10. CS kert
8-10
közepes-
FV11
2003. október 11.
11. patakpart
8
kemény (füves)
FV12
2003. október 11.
12. szántó
8-10
közepes-
10
Puha
-
-
FV13 FVS
2003. december 20. 13. RP ház kertje 2004. január 23.
SZ
Jelölések: SZ: Szemétégetı; KÁP: Káposztásmegyer; GYT: Gyermektábor; TSZ: Vörösmarty MGTSZ; CS: Csobogós u.- volt lakhelyem; RP: Rákospalota
51
8.2. Mérési jegyzıkönyv
minta
FV1
m(g)
404,56
Start nyitva
Start zárva
2003.11.11. 12:20
2003.12.18. 15:00
2003.11.13. 03:38 2003.11.19. 18:40
2003.12.22. 13:25
FV2
375,91
2003.11.17. 13:38
FV3
376,68
2003.11.24. 18:20
2003.12.19. 15:10
FV4
323,51
2003.11.20. 23:00
2003.12.30. 18:00
FV5 302,1
2003.12.04. 22:20
2004.01.16. 12:00
FV6
305,17
2003.12.05. 22:30
2004.01.06. 17:20
FV7
328,06
2003.12.07. 01:37
2004.01.08. 10:00
FV8
388,1
2003.12.08. 11:00
2004.01.09. 11:00
FV9
260,92
2003.12.15. 12:24
2004.01.13. 22:52
FV10
244,29
2003.12.17. 14:00
2004.01.15. 08:10
FV11
332,43
2004.01.21. 13:00
2004.02.18. 17:30
FV12
315,42
2004.01.24. 21:40
2004.02.17. 17:00
FV13
352,31
2004.01.23. 14:00
2004.02.16. 15:00
FVS
255,52
2003.11.10. 11:35
-
8.3. A 2. Mintavételi jegyzıkönyv
Minta
mikor
Fa1
2004.február 6.
Fa2
hol
mélység cm
milyen
FV5, fa mellett
12-24
csigás
2004.február 6.
FV5, fa mellett
0-12
füves
Fa3
2004.február 6.
FV5, fa mellett
25-30
köves
Mo1
2004.február 6.
FV5, kb.10m-re
0-5
iszapos
Mo2
2004.február 6.
FV5, kb.10m-re
10-15
iszapos
Út1
2004.február 6.
FV5, kb.10m-re
0-5
köves
Út2
2004.február 6.
FV5, kb.10m-re
10-12
köves
52
8.4. Kerettanterv
Magfizika
Összesen: 10-14 óra
Az atommag szerkezete
A radioaktivitás
Maghasadás
Magfúzió
A nukleonok (proton, neutron), a nukleáris kölcsönhatás jellemzése. Tömegdefektus. Alfa-, béta- és gammabomlás jellemzése. Aktivitás fogalma, idıbeli változása. Radioaktív sugárzás környezetünkben, a sugárvédelem alapjai. A természetes és mesterséges radioaktivitás gyakorlati alkalmazásai. A maghasadás jelensége, láncreakció, sokszorozási tényezı, atombomba, atomerımő, az atomenergia felhasználásának elınyei és kockázata. A magfúzió jelensége, a csillagok energiatermelése, a hidrogénbomba.
2 óra
5-7 óra
2-4 óra 1 óra
8.5. Tanmenetrészlet
Az óra száma 1. óra 2. óra 3. óra 4. óra 5. óra
6-7. óra 8. óra
9. óra
10.-12. óra
Az óra címe
Feladat, kísérlet
Sugárzások fajtái, jellemzése, leírása (Elızmények) Fizikai mennyiségek, gyakorlás (Elızmények) A természetes radioaktivitás (7.1.1.) A mesterséges radioaktivitás (7.1.2.) A sugárzások detektálása (7.1.3)
*Kockázat, sugárvédelem és a biológiai hatások (7.1.3.) Következıkben: Maghasadás A maghasadás jelensége, láncreakció, reaktivitás, atombomba Atomerımő, az atomenergia felhasználásának elınyei és kockázata. Eddig tanultak a gyakorlatban
53
Számolási feladatok Gyakorlati feladatok
Feldolgozás módja Kérdezve kifejtés Közös munka
jellegő Kérdezve kifejtés Kérdezve kifejtés
GM-csöves kísérletek
Kiegészítı anyag
Kísérletezés, tanári kiegészítéssel Kiegészítı anyag
Kiselıadás: Kiselıadás, atombomba, magyar tanári vonatkozások kiegészítéssel Kiselıadás: Csernobil Számítógépes demo Tanulmányi kirándulás
Kiselıadás, tanári kiegészítéssel Demonstráció
8.6. Óravázlat 3. óra
A természetes radioaktivitás
0.-8. perc
Környezetünk radioaktivitásának nagy része a természetes radioaktivitásból adódik. Ki hallott már valamit errıl a fogalomról?
Kérdezve
Tud-e valaki példákat?
kifejtés,
9.-25. perc
beszélgetés
A természetes radioaktivitás
tanári
A földi eredető sugárzás A radon
irányítással
Kozmikus sugárzás, sarki fény A belsı sugárzás
26.-45. perc
(képek)
Számolási- és házi feladatok radiokarbonnal (kormeghatározás),
tríciummal
radonnal.
(bor)
és
Közös és táblai
Feladatok: 1., 2., 4.
munka
54
