Elemek körforgása Az urán, a tórium a rádium és a radon

Elemek körforgása Az urán, a tórium a rádium és a radon Készítette: Füri Péter Elemek körforgása doktori kurzus, 2013. 11. 29.

Radioaktivitás • • • •

Sugárözönben élünk!!! K40, Th232, U235, U238 A felső 100 m aktivitása hozzávetőlegesen megegyezik az uránium és tórium izotópok aktivitásával (1022Bq). Ez körülbelül megfelel a világóceán K40 aktivitásával

• Az építőanyagok, a kőzetek, a talajok kivétel nélkül radioaktívak bizonyos mértékben. Az Urán, a Tórium, a Kálium 40-es izotópja széles körben elterjedtek a Földön. • Ionizáló sugárzás érkezik továbbá a kozmoszból is. A felső légkörben számos radioaktív izotóp keletkezik (pl. radiokarbon). • Az élőlényeket érő sugárzás fontos szerepet játszott az evolúció során is. Az eltelt idő során az élő szervezet bonyolult védekező folyamatokat fejlesztett ki az ionizáló sugárzás romboló hatásának ellensúlyozására.

Az ionizáló sugárzás szerepe az evolúcióban • Az ionizáló sugárzás ionizál, azaz reaktív, elektron hiánnyal-töblettel rendelkező részecskéket hoz létre. • Ezek az ionok, szabad gyökök reakcióba lépnek a szervezetet alkotó egységekkel (fehérjék, lipidek stb...) Sérül, módosul ezáltal az érintett egységek funkciója (pl. fehérje szerkezete megváltozik, enzim inaktiválódik, a sejt elpusztiul stb...) • Különösen fontos az ionizáló sugárzás kölcsönhatása a DNS-el (Mutációk, rák kialakulása lehetséges!!!) • A létrejött mutációk nem feltétlenül rosszak- az új, elődeiktől eltérő egyedek olykor sikeresebbek is lehetnek (lsd. természetes szelekció, evolúció) • Számos mutáció betegségek kialakulásához vezet azonban (pl. rák kialakulása)

• Az ionizáló sugárzás és más mutagén tényezők (pl. egyes kémia anyagok) folyamatosan érnek bennünket, tehát folyamatosan keletkeznek mutációk bennünk (és persze minden élőlényben) • A szervezet azonban saját védelmére, állandóságra törekszik- a keletkezett hibákat legtöbb esetben kijavítja az immunrendszer • Fő védelmi vonalak: falósejtek, T-limfociták, természetes ölősejtek stb... A rendszer szerencsére rendkívül komplex. • Egyes esetekben azonban a rákos sejtek „elbújnak” az őket kordában tartó immunrendszer elől. Ezekre a sejtekre nem hatnak a környezetből érkező osztódást gátló szignálok, kialakulhat tehát egy nem megfelelő funkciójú, nem megfelelő helyen lévő sejtszaporulat.

• A rák kialakulásában számos tényező játszhat szerepet • A pontos folyamat, ahogy normális, „egészséges” sejtből rákos sejt lesz máig nem ismert. • Pontosan emiatt a rák kezelése sem megoldott • Kemoterápia, sugárkezelés nem minden esetben hatékony, • Fontos azt egészséges életmód (mozgás, vitaminok stb...) és a megfelelő társadalmi és pszichés állapot is.

• Mindemellett az urán, tórium és rádium inkompatibilis elemek is, ezért a földkéregben halmozódnak. • Mivel a bioszféra elsősorban a földkéreg anyagaival van kapcsolatban, ezért a radioaktív elemek mindenütt jelen vannak a környezetben. • Az urán, tórium litofil, elsősorban a litoszférában kell tehát számolnunk vele. Az aprózódás-mállás során azonban aeroszolként az atmoszférába kerülhet. Oldatba kerülve a az urán, tórium, rádium megjelenik a felszíni és felszín alatti vizekben is. • A radon atmofil elem, azaz megjelenik az atmoszférában és oldatba kerülve a hidroszférában is.

Az urán, tórium, rádium és radon körforgása

Légköri atomrobbantások, balesetek. Radioaktív aeroszolok

Atomipar!!!

Bányavizek, hulladéktárolókból kiszivárgott vizek

Forrás: http://www.nyf.hu/others/html/kornyezettud/KemiaI/Kornykemalapmenu/radioaktvonatk.htm

• Radioaktív családok • • • •

Tórium Th 232 14,1 milliárd év Pb208 Uránium U 238 4,47 milliárd év Pb206 Aktínium U235 0,7 milliárd év Pb207 Neptunium Np237 2,14 millió év Bi209

A radioaktív bomlás • • • • •

Alfa bomlás: Hélium atommag kibocsátás Negatív béta bomlás: neutron-proton átalakulás a magban- elektron kibocsátás Pozitív béta bomlás: proton-neutron átalakulás-pozitron kibocsátás K-befogás: egy elektron a K-héjról befogódik és egy protont neutronná alakít át. Gamma sugárzás kibocsátása: Ha a leányelem gerjesztett állapotból bomlik az alapállapotba, akkor gamma fotont bocsáthat ki.

Maghasadás • • • • • • • •

Nehéz magokban lehetséges Néhány mag spontán hasad, mások energia befektetéssel hasíthatók Energiát átadhat neutron, de hasítás történhet alfa részecskékkel illetve gamma vagy röntgen fotonokkal is. A keletkezett két hasadási termék tömege erősen eltér A hasadvány magok neutronfelesleggel bírnak - negatív béta bomlással jutnak stabil állapotba. A maghasadás során átlagosan milliószor nagyobb mennyiségű energia szabadul fel, mint kémiai reakcióknál Maghasadás: 200 MeV, TNT reakciója: néhány eV szabadul fel A teljes energia kb. 3,5 %-a gamma sugárzás, 2,5%-a gyors neutronok formájában szabadul fel, a többi hővé alakul.

• De: Atombomba: A bomba magja 100 millió K-re is felmelegedhet, amely másodlagos (lágy) röntgen sugárzást okoz. • Az atomreaktorokban nem áll elő ilyen nagy hőmérséklet. • A teljes energia (200 Mev) 89%-a azonnal felszabadul, a fennmaradó energia béta bomlásokkal illetve az ezt kísérő gamma sugárzásként szabadul fel.

Egy atombomba szerkezeti felépítése

Dózis számítása • Aktivitás: Bequerel (bomlás/sec) • Dózis: Gray (anyag által elnyelt energia mennyisége) (J/kg) • Egyenérték dózis (Sv, Sievert) : A sugárártalom mértékét adja meg - a dózist súlyozom a sugárzás típusával: gamma (1), neutron (2-11) alfa részecske (20). • Effektív egyenérték dózis (Sv): Ezt még súlyozhatom a (humán) szövettípussal, amelyet a sugárzás ért.

Film-doziméter

A bennünket érő ionizáló sugárzás radon forrásai thoron gamma sugárzás (talajból és az épületekből) étel és ital kozmikus sugárzás orvosi célú

Radon: 47%, Toron: 4%, Gamma sugárzás a talajból és az épületekből: 14%, Étel és ital: 12%, Kozmikus sugárzás: 10%, Orvosi célú (Röntgen stb...): 12%, Egyéb: 1% - ebbe tartozik a teljes nukleáris ipar kibocsátása

• A világ egyes területein nagy természetes háttérsugárzással kell számolni. Ilyen területek: • A brazil, kínai, egyiptomi és indiai monacit-homokok területek, • A savanyú (gránitos) magmás kőzetek, • Urántartalmú kőzetek DAK, Franciaországban, Nagy Britanniában, Grönland és az USÁ-ban • Feldúsult rádiumtartalommal rendelkező mészkövön képződött talajok Svájcban, az Egyesült Királyságban és az USÁ-ban.

Forrás:http://www.world-nuclear.org/info/Safety-and-Security/Radiation-andHealth/Naturally-Occurring-Radioactive-Materials-NORM/

Az ionizáló sugárzás biológiai hatása • Az ionizáló sugárzás biológiai hatása számos tényezőtől függ. • Fontos: adott sugárzás fajtája (alfa, béta, gamma, neutron) • A sugárzás energiája • A sugárforrás aktivitása - ebből a kapott dózis • A dózisteljesítmény - a besugárzás időbeli lefolyása • Volt-e inkorporáció? (Belső vagy külső sugárdózis) • A besugárzás eloszlása a szervezetben (pl. radon tüdőrák) • Egyéni egészségügyi tényezők

• 5 Gy felett: Direkt sejthalál • 0,1-5 Gy - DNS károsodás - rossz esetben mutáció. Ez rákot okozhat • Az osztódó szövetek a legérzékenyebbek (pl. csontvelő) • Biológiai hozzáférhetőség, felezési idő, szervezetben tartózkodás időtartama (pl. Sr90 kalciumot helyettesít csontokba beépül.)

Az ionizáló sugárzás dózis-hatás görbéje • Determinisztikus-Sztochasztikus tartomány • Japán atombomba túlélők (Hiroshima, Nagaszaki) adatai alapján: 0,2 Gy külső dózis még nem növelte a rákkeletkezés valószínűségét, DE: Egyéb betegségek (pl. szív és érrendszeri betegségek) valószínűsége nőtt!

• • • •

Több vizsgálat - többféle eredmény Kis dózis kérdése: Hatása erősen vitatott 100-200 mSv alatt: biopozitív hatás? A sugárvédelem jelenleg az LNT modellel dolgozik: Lineal No Treshold Modell • De: kis dózis - nem lineáris a sejtek reakciója!!! • Egy másik felmérés a Chelyabinsk-65 komplexum által szennyezett Techa folyó kapcsán a leukémia előfordulási valószínűségének egyértelmű növekedését mutatta ki. • A Csernobili kihullás kapcsán kimutathatóan megnőtt a pajzsmirigyrák előfordulási valószínűsége a gyermekek között

• • • •

Lakossági dóziskorlát: 1 mSv/év. 50 mSv-nél nem ajánlatos többet kapni évente 100 mSv-nél nem ajánlatos többet kapni életünk során!!! (a természetes háttérsugárzáson kívül) (3mSv természetes háttér/év) A rák nem közvetlenül a besugárzás után jelentkezik!!! A leukémia 2 évvel később, még a gyomorrák, a tüdőrák stb... kialakulásához akár 20 év is kellhet.

A kontinentális kéreg kőzeteiben található legfontosabb radioaktív elemek • A K-40 a természetes káliummal együtt fordul elő. Részaránya a K izotópok között 0.0117 %. Általában földpátokhoz, csillámokhoz, agyagásványokhoz kötődik, de jelentős a mennyisége K tartalmú evaporitokban, illetve savanyú vulkanitokban is. • A Th-232 (és bomlási sorának izotópjai) is meghatározott ásványokkal együtt fordulnak elő, törmelékes üledékekben gyakran agyagásványokhoz kötődve, nagyobb koncentrációban néhány “nehézásvány”-nyal együtt (monacit) torlatokban. • Az U-238 kevésbé kötődik ásványokhoz, jellemző hogy oxidatív környezetben oldódni képes sókat alkothat, míg reduktív környezetben kiválik. Nagy szervesanyag tartalmú üledékekben is nagy koncentrációban lehet jelen. Az urán is megkötődhet a nagy fajlagos felületű agyagásványokon. Az oldhatósága miatt repedésekben is kiválhat, így repedésindikátorként is használható.

A kőzetek radioaktivitása Spektrális (energia szelektív) gammamérésekkel a kőzetek K, U és Th tartalma, koncentrációja meghatározható. - A természetes gamma háttér nagy részét adó említett izotópok eloszlása a kőzetekben nem egyenletes. Így a természetes gammasugárzás jórészt litológia függő. A K és Th tartalom a litológia pontosítását is lehetővé teszi. A K/Th arány segítségével pontosítható az agyagtípus. Általánosságban elmondható, hogy ez az arány csökken a szállítódással és a mállási folyamatok előrehaladásával.

A Turpan Hami medencében (Kina) található geokémiai anomália Az egész medence területén uránium anomáliák fedezhetők fel Az urán itt a talaj felső agyagdús rétegében dúsul. - Erős dúsulás a felső 30 cm-ben U, V, Sb, Th, Sr, Ti, Mn, CaO, MgO, Turpan Hami medence, (észak-nyugat Kína)- Itt Jura kori homokkő, agyagkő és szén található. Háromszor akkora az agyagos területről vett talajminták urántartalma, mint a környéken található hasonló talajok urántartralma. Szelektív kioldásos kísérletek alapján kijelenthető, hogy az urán agyag ásványokhoz kötődik. - Az urán oxidatív körülmények között uranil ionná alakul (UO2)2+ ,amely aztán az agyagásványokhoz kötődik. Fe2O3-ra nézve - Az urán 40%-a agyagásványokhoz, 15%-a karbonátokhoz kötődik a felső agyagdús régióban - A felső réteg csapdaként viselkedik, ez jól mutatja a mélyen zajló geokémiai folyamatokat - A felszín alatti uránérc készletre következtethetünk a talaj nagy urántartalmából.

A Tórium • • • • • • • • •

90-es rendszámú aktinida Felfedező: Wjöns Berselius (Stockholm) 1829 Nevét Thorról, a skandináv háború istenről kapta Fő ásványai a monacit ((Ce,La,Nd,Th)(PO4,SiO4), a thorit (ThSiO4 ) és a thorianit (ThO2) Helyettesít cirkonban, spheneben, epidotban, uraninitben, allanitban és apatitban. 31000 tonna tóriumot termelnek évente világszerte Fő bányászati területek: USA, Brazília, India, Sri-Lanka, Madagaszkár, Oroszország, Ausztrália Felhasználása: Ötvöző elemként kemény ötvözetekhez, UV-fényben működő fotoelektromos cellák készítéséhez Neutronokkal bombázva Uránium 233 keletkezik, mely nukleáris üzemanyag

A tórium • • • • •

Koncentráció a földkéregben: 9,6-12 mg/kg Szilíciumdús magmás kőzetekben dúsul (gránit): 16 mg/kg A cirkon erősen dúsítja - 2500 mg/kg Koncentrációja a talajvízben: 1 μg/l alatti (rosszul oldódik) Tóriumból több mint háromszor annyi mint uránból (kontinentális kéreg, talaj). • A gránit 10-40 mg/kg koncentrációban tartalmazza • Az andezit tóriumtartalma átlagosan 1-4 mg/kg • A bazalt 1 mg/kg koncentrációnál kisebb mennyiségben tartalmazza (kőzetek kemizmusa)

• • • • • •

Geokémiai viselkedése hasonlít az uránéra, ám az urán sokkal erősebben kötődik a szerves anyagokhoz és az UO22+ mozgékony az oldatokban A mészkő általában igen szegény tóriumban, hiszen a tórium nem képez stabil karbonát komplexet, akár az urán Az evaporit kőzetekből általában hiányzik A tórium nem túl mobilis a legtöbb geokémiai környezetben. Ennek oka a nagyon stabil, rosszul oldódó ThO2 keletkezése Savas pH-n oldódik. 3-as pH alatt jól oldódó Th(SO4)2+ keletkezik. Emiatt kerülhet a környezetbe a bányavizekkel a tórium Oldott állapotban azonban hamar kialakul a Th(OH)4 forma Mobilitását csökkentik a foszfát illetve oxid formák kialakulása illetve a megkötődése szerves anyagokon és agyagásványokon.

• • •

A Tóriumot sokáig vegyi tulajdonságai miatt használták Tóriumos hegesztőpálcák (2% tórium) Gázharisnyák

•

1932 előtt: Radithor-radioaktív víz-rádiumot és tóriumot tartalmazott

A tórium előfordulása talajokban

• Negatív anomáliák: - észak Európa, glaciális régió Hollandiától Csehországig - közép Finnország - észak Norvégia - Írország nyugati része - dél Spanyolország • Pozitív anomáliák: - Ibériai masszívum (Portugália, nyugat Spanyolország) - Az olasz alkáli magmás terület - A francia Massif Central - Szlovénia, Csehország, észak Bajorország - északkelet Görögország

Az Urán • • • • • • • • •

92 rendszámú aktinida (magyarul sárgany) Felfedező: Martin J. Klaproth (Berlin, 1789) Az elem neve az Uránusz bolygótól származik. A tengervíz 0,00313 ppm uránt tartalmaz Ércei: uraninit, brannerite (U,Ca,Ce)(Ti,Fe)2O6, carnotite K2(UO2)2(VO4)2.3H2O Helyettesít cirkonban, apatitban, allanitban és monazitben 35000 tonna uránt állítanak elő évente világszerte Oxidációs állapotai: 6,(5,)4,(3) A természetes urán izotópok: 99,275% U238, 0,72% U235, 0,005% U234. A többi izotóp mesterséges Uraninit

Az Uránusz bolygó

• • • • • • • •

Koncentráció a földkéregben: 3-5 ppm A földkéreg urántartalma (25 km mélységig) kb. 100 milliárd tonna Az óceánok urántartalma: kb. 10 millió tonna Talajok urántartalma 0,7-11 ppm között mozog Egyes baktériumfajok felhalmozzák testükben az uránt (akár 300X dúsítás) Az urán-szurokérc urántartalma 5-8000 ppm Szilíciumdús magmás kőzetekben dúsul (gránit):4,4 mikrogramm/g A cirkon erősen dúsítja 2000 mikrogramm/g

Formája oxidatív környezetben: UO2(CO3)2 2Reduktív környezetben: UO2 és egyéb oxidok

gránit

• •

• • • •

A talajvíz uránium koncentrációja 0,1μg/l alatti értéktől akár 100 μg/l értékig terjedhet (Reduktív-oxidatív környezet) Az egyes országokban igen eltérő a szennyvizekben kibocsátható uránmennyiség. Magyarországon a 2 mg/l-es határérték van érvényben. Az USÁ-ban 30, Kanadában 20, a WHO ajánlása pedig 15 mikrogram/literes maximális érték uránkoncentrációra ivóvízben A rádiumnál sokkal nagyobb koncentrációban előfordul ipari vizekben, ezért oldhatatlan vegyületek formájában is leválasztható Természetes vizekben elsősorban karbonát komplexek formájában van jelen Az uránt gyakran kíséri kisebb mennyiségű 237 neptúnium és 239 plutónium (ezek neutron befogásból származnak) Számos izotóp, például technécium 99-es izotóp keletkezik az urán spontán hasadásakor

Az urán oldódásának PH függése

3,5 pH alatt az urán megközelítően 100%-a oldatba megy (goethittel végzett kísérlet), ezért veszélyesek lehetnek a savas bányavizek

Az urán felhasználása • Hasadóanyag - fegyverek(Little boy), atomerőművek • Kemény, nagy sűrűségű fém - szegényített urán kitűnő páncéltörő lövedékek készítésére. Becsapódáskor meggyullad. • Keramikusok festékei gyakran radioaktívak • Uránüvegek

Urán a felső és alsó talajban

Urán anomáliák a talajban •

A talajok urántartalma átlagosan 2 mg/kg (az érték 0,1-30 mg/kg között változik) • Kis urántartalom mérhető: - az északi glaciális régióban Hollandiától Csehországig és Litvániáig. - közép és észak Finnországban -Spanyolország déli részén • Pozitív urán anomáliák: - a francia Massif Centralban található, ahol számos uránérctelep található (gránit kupola, hidrotermális régiók változása- ér típusú tárolók, Délen pedig fekete agyagpala található) - észak Portugália - Olasz alkáli magmás kőzetek esetén - gránit kőzet okoz átlag feletti urántartalmat Galíciában és nyugat Spanyolországban, Brittaniában, a keleti Alpokban (szlovéniai, horvát karsztok) - A Feketeerdőtől a bohémiai masszívumig - Pontszerű anomáliák fedezhető fel dél Norvégiában, Írországban, északkelet Görögországban

Tórium és Urán

Az uránból több van a felső talajrétegben- ennek oka: mozgékonyabb a tóriumnál

Az uránszurokérc • Az urán-dioxid és az urán-trioxid 1:2 arányú sztöchiometrikus keveréke • Képletét meg szokták adni U3O8 alakban is • Az uránszurokérc az uraninit ásvány bomlásakor keletkezik • Egyik legrégebbi lelőhelye a Csehországi Joachimsthal • Az uránszurokérc gyakran tóriummal szennyezett (a tórium-dioxid az urán-dioxiddal izomorf) • További szennyezők: PbO, elemi rádium, tórium, cérium, lantán, erbium

• Előfordul: Kongó-Kinshasa és Kasolo környéke, KanadaNagy Medve tó, Norvégia déli része, OroszországKarélia, Kirgizisztán, Japán, Csehország: Joachimsthal, Nigéria, Kenya, Szomália, Dél-Afrikai Köztársaság • Jelentős lelőhelye van Kazahsztán, Üzbegisztán és Kirgizisztán határvidékén (a világ uránkészletének talán 15%-a) • A Föld uránérckészletének kb. 40%-a Ausztráliában található • Magyarországon nyugat Mecsekben fordul(t) elő

Jelentősebb uránérc készletek a világon Soft Ores: nagy urántartalom (0,02-10%) Hard Ores: kis urántartalom (0,01-0,1%)

Forrás:http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Mining-ofUranium/World-Uranium-Mining-Production/#.UVys3qKePZ4

Az uránbányászat környezeti hatása mindegyik eljárás esetén jelentős. Jelenleg az ISL eljárás tűnik a legkisebb környezeti veszéllyel járónak, ám ekkor is számolni kell a felszín alatti vizek szennyeződésével!!! ISL technika: In situ leaching- jelenleg 45%-át így bányásszák az uránnak

Az kibányászott urán mennyiségének változása 1945-2012 között

Forrás:http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Mining-ofUranium/World-Uranium-Mining-Production/#.UVys3qKePZ4

Az Urán életútja • • • •

• • •

Az uránérc kitermelése a földkéregből általában akkor kifizetődő, ha az uránkoncentráció a 0,5-5g/kg. A kibányászott urántartalmú kőzetet speciális malmokban porrá őrlik, majd kénsavban feloldják, hogy kinyerhessék belőle az uránt. Az uránt ezután U3O8 formában csapatják ki (yellow cake) Az uránt ezután UF6 gázzá alakítják (ennek kezelése elég problémás, de csak így végezhető el az U235-U238 elválasztás)

Az urán-hexafluorid gázt ezután centrifuga rendszeren vezetik keresztül - a két izotóp tömeg szerint szétválik. A dúsított gázt visszaalakítják urán-oxiddá, majd scintereléssel (porkohászati eljárás) pasztillákká préselik A pasztillákból ezután elkészíthetők a fűtőelemrudak.

• A kiégett fűtőelemrudakat egy ideig pihentető medencékben tárolják • Majd átmeneti tározóba kerül a nagyaktivitású radioaktív hulladék

Biológiai hatása • Az urán kemotoxicitása fontosabb radiotoxicitásánál • A testfolyadékokban U(VI)-ként oldva található, ez azonban gyorsan kiürül a szervezetből. Az urán karbonátból felszabaduló uranil ionok felhalmozódnak a vese egyes sejteiben. Ez mérgezést-vesekárosodást okozhat. - Az urán emellett radioaktív is, így nem szabad megfeledkezni a radiotoxicitásáról sem

Az urán oxidációs állapotai vízben oldva

• Biológiai felezési idő szerepe - az adott radioizotóp meddig marad a szervezetben egy adott helyen. Minél hosszabb a biológiai felezési idő, annál nagyobb a valószínűsége, hogy a szervezet nem tudja kijavítani az okozott károsodást. • (Sr-90 beépül a csontokba, leukémiát okozhat) • Kevés adat van az aktinoidák egészségi hatásáról! Szerencsére általában nem kerül nagy mennyiség a szerverzetbe. • DNS törések kialakulása Kettős törés esetén problémás a sérülés kijavítása

• A szervezet biokémiai folyamataiban számos enzim vesz részt. Enzimek felelősek az anyagcsere számos funkciójának lebonyolításáért. • Az enzimek lényeges alkotórészei egyes fémek (pl. vas, cink, réz stb...) • Pl. cink: alkohol-dehidrogenáz enzim alkotórésze • Veszélyes lehet az aktinida-réz, -cink, -nikkel csere - ez inaktivizálhat számos az anyagcserében részt vevő enzimet.

Környezetvédelmi hatás • •

• • • • •

Az urán és a tórium felhasználása a XX. a második világháború kapcsán nőtt meg. A teljes nukleáris ipar által okozott dózis kb. 0,01 mSv/év - ez nagyságrendileg megegyezik a fosszilis erőművek radioaktív kibocsátásával. (A nukleáris fegyverkísérletek hagyatékaként 0,02 mSV-et kaptunk 1983-ban) Nukleáris fegyverkezés - bombák tesztelése (Bikini atoll, Szemipalatyinszk...) Légköri atomrobbantások!!! Az erőművek hulladéka - radioaktív hulladékok elhelyezése máig nem megoldott! Hasadvány magok toxicitása: 100 000 év kell hozzá, hogy a spent fuel (SF) (radioaktív hulladék) toxicitása azonossá váljon az uránérc toxicitásával Hasadvány magok: stroncium 90, cézium 137, amerícium 241, plutónium 238 a kezdeti radioaktivitás fő forrásai. 800-1000 év után ezek hatása már mérsékelt.

További radioaktív hulladékforrások: •

• • • •

-SF reprocesszálása (Fro. es Oro.) Reprocesszálás: A szó a kiégett fűtőelem feldolgozását, és a benne maradt (235U), illetve az üzem során képződött (239 Pu,241Pu) hasadóanyagok újrahasznosítását jelenti. (forrás: http://www.atomeromu.hu/download/553/Reprocessz%C3%A1l%C3%A1s.pdf) Atomfegyvergyártás Ezek alfa bomló izotópokkal szennyezett Transzurán hulladékokat produkálnak. Uránbányák hulladékai, melléktermékei (ebben sok a Th230, a Ra226 és a Ra222 és sok radon izotóp is található. Ezek szennyezhetik a talajvizet és a levegőbe is kerülhetnek!!! Az USA-ban kb. 230 Mt ilyen melléktermék található Az atomfegyverek készítése a US DOE (Department of energy) számításai szerint 63 Mm3 talajt és 1310 Mm3 talajvizet szennyezett radioaktív izotópokkal

• Európában és a volt Szovjetunióban is komoly mértékű volt az atomipar szennyezése • Uránbányászat komplexképző ágensekkel kevert talajvízzel az USA-ban és a volt Szovjetunióban - ez mobilizálta az uránt - nagy terület szennyeződött el. • Straz ércesedés-Csehország-hatalmas mennyiségű savat injektáltak több uránérc tömbbe. Az eredmény: több közeli vízadó réteg elszennyeződött urániummal, rádiummal (és mangánnal). • Oroszország, Cseljabinszk - Tecsa folyó szennyezése • Számos baleset a Cseljabinszk 65 komplexben. • 0,2 mSv/óra dózis a Karacsai tó partján!!! • Szemipalatyinszk test site • Csernobil - jelentős mennyiségű radiojód (I-129) szóródott szét

A rádium • • • • • • • • •

88-as rendszámú alkáli földfém Mind a 28 ismert Ra-izotóp radioaktív; felezési idejük 1600 év (226Ra) és 0,18 µs (216Ra) között van. A rádium sötétben világít, felületén levegő jelenlétében nagyon gyorsan fekete nitridréteg képződik. A Curie-házaspár fedezte fel 1 g 226Ra-izotópban másodpercenként 3,7·1010 mag bomlik el A rádium rendkívül ritka elem; részaránya a földkéregben mindössze 9,5·10−11 tömegszázalékra tehető Előfordul az uránszurokércben és a karnotitban Hét tonna uránszurokérc kb. 1 g rádiumot tartalmaz A teljes fém rádium készlet kb. 5,5 kg

• Urán ércesedésekben található kb. 1 ppm koncentrációban • Számítások szerint a Földön 40 cm mélységben négyzetkilométerenként 1g rádium található • A természetes vizek rádium aktivitáskoncentrációja kb. 0,04-0,06 Bq/l • Az ipari vizekben kibocsátható maximális rádium aktivitáskoncentráció 1,1 Bq/l

• • • • • •

Uránbányák esetében egyes zagytéri vizeket, bányavizeket rádium mentesíteni kell A talajvizek rádiumtartalma általában igen kicsi, mivel a talajalkotó ásványok a rádiumot megkötik (elsősorban kalcium ioncsere révén) Az alacsony oldott koncentráció miatt nehéz eltávolítani a vizekből (a leválasztás csak ioncserével és szorpcióval és koprecipitációval (együtt leválás) valósítható meg. Marie Curie is ezzel a módszerrel választotta el a rádiumot az uránszurokércből Nagyon keveset gyártanak belőle. Régen rákos megbetegedés kezelésére sugárforrásként használták, ám mára e felhasználásból kiszorították az olcsóbb radioizotópok Lumineszcens festékek gyártására használták a XX. Század elején

Egy kis édesség...

A rádium egészségi hatása • Az ember tevékenységének (pl. szén égetése) köszönhetően jelentősen megnőtt a rádium mennyisége a környezetben. • Radioaktív hulladéktemetők közelében megnőhet a talajvíz rádiumtartalma • A csontokba beépülhet (Ca helyére), így komoly egészségi hatással bír - alfa bomló!!! • Régebben sok rádium tartalmú festékkel dolgozó munkás betegedett meg

A radon • 86-os rendszámú nemesgáz • Színtelen, szagtalan, íztelen. Ha fagyáspontja alá hűtik fényesen foszforeszkál • -96 C0 az olvadáspontja • Koncentráció a tengervízben: 10-14 ppm • Koncentráció az atmoszférában: 10-15 ppm • Forrásai: Az urán, tórium bomlása a Föld kérgében • Felhasználása: radon terápiával gyógyíthatók egyes betegségek. Alkalmas földrengések előrejelzésére is • Gránitra épült házak esetében komoly veszélyforrás lehet a lakótérben felhalmozódó radon (pince)

A radon • • • • • • •

Izotópjai: - Radon (Rn222) - az urán-238 bomlási sorának köztes terméke Felezési ideje: 4,47 milliárd év - Toron (Rn220) - a tórium-232 bomlási sorának köztes terméke Felezési ideje: 14,1 milliárd év (csak 4%-áért felelős az összes radon aktivitásnak) - Aktinon (Rn219) - az urán-235 bomlási sorának köztes terméke Felezési ideje: 0,7 milliárd év - elenyésző mennyiségben van jelen (csak 0,7%-a U-235 az uránnak)

A radon • Jelentős radon emisszió figyelhető meg egyes alapkőzetekből (pl. gránit, szerves anyagban dús agyagpala, foszfát(tartalmú) kőzetek • A természetben előforduló radioaktív elemek általában erősen kötve vannak azokban az ásványokban, amelyek az adott radioaktív család leghosszabb felezési idejű elemét befogadták. • Ez alól jelent kivételt a radon, amely egy radioaktív nemesgáz. Felezési ideje elegendően hosszú, hogy egyes esetekben kijuthasson a kőzetekből.

• • • • • • •

A keletkezési helytől megtett út nagysága számos tényezőtől függ, amelyek: -A kőzet porozitása -A kőzet geológiai jellemzői -A meteorológiai jellemzők -A vivő gáz/folyadék (szén-dioxid, talajvíz) áramlási tulajdonságai -Az adott radon izotóp felezési ideje A talaj minősége jelentős mértékben befolyásolja a radon mozgását. Homokos talajban könnyen, nedves, agyagos talajban nehezebben mozog.

• A radon-220 (toron) diffúziós úthossza szilárd testekben mindössze néhányszor 10 cm. A Radon 222 azonban akár néhányszor tíz métert is megtehet. • A radon: • A kőzetekből kijutott radon ezután beoldódhat a talajvízbe illetve növelheti a környezeti levegő radioaktivitását is. • A lakás levegőjének radontartalmának: • -80%-a az építőanyagból származik • -17%-a a külső levegőből diffundál be • -3% a vízből illetve a gázból érkezik.

Radon kijutása a talajszemcsékből

Forrás:http://www.gekko.ro/files/Breitner_Balvanyos_07.pdf

•

A radonnak csak egy része képes elhagyni a talajszemcsét és csak egy adott hányad jut ki a szemcseközi térbe. Ez a hányadost nevezik radon emanációs együtthatónak. • Talajok esetén az emanációs együttható 0,05-0,7 között változik. • A talajszemcsében keletkezett radon A-eset: Bent maradhat a szemcsében, B-eset: Átléphet az egyik szomszédos szemcsébe C-eset: Oldódhat a pórusközi vízben D-eset: A pórusközi levegőbe kerülhet A pórusközi vízből, levegőből a radon kijuthat a környezeti levegőbe, azonban útja során megkötődhet a talajszemcséken illetve el is bomolhat. A keletkezett polónium geokémiai viselkedése a radontól eltérő (gyakran kötődik aeroszolokhoz)

Az emanációt meghatározó legfontosabb tényezők: - A talajszemcse mérete, alakja. Ez meghatározza, hogy mennyi rádium van elég közel a szemcse felszínéhez. - A rádium szemcse bevonatban koncentrálódik-e vagy egyenletesen oszlik el a szemcsében. Bevonat esetén sokkal nagyobb emanációs képességgel számolhatunk. - Korábbi radioaktív bomlások okozta talaj és ásványsérülések mennyisége: Ezek utat nyitnak a radonnak a pórustérbe jutáshoz. Ez a jelenség főleg homok és annál nagyobb szemcseméret-tartományban fontos. - Talaj nedvességtarvalma is fontos- nedves talajból több radon jut ki, hiszen ilyenkor a szemcseközi tér vízzel telített.

A levegő radontartalma (hozzávetőleges érték): - 4-8 Bq/m3 - külső levegő, de akár 100Bq/m3 is lehet. Mint azt néhány faluban kora reggel mérték - 40 Bq/m3 - lakások világátlaga (GB: 20 Bq/m3, USA: 46 Bq/m3 - 250 Bq/m3 - pince - 1000 Bq/m3 - radondús lakás - 30000 Bq/m3 felett - radondús bánya - 200 Bq/m3 sok országban a cselekvési határérték • Talajlevegő radontartalma is széles határok között változik (1Bq/l alatti értékektől akár 2500 Bq/l feletti értékekig terjedhet) (USA talajai: 5-55 Bq/l) • Talajvíz radontartalmának aktivitáskoncentrációja: 380000 Bq/l között változik • 48 Bq/m3 radon aktivitáskoncentráció a lakótéri levegőben kb. 1 mSv effektív dózist okoz

• A felszín alatti vizek mindig radioaktívak. • Az aktivitás mértéke 10-500 Bq/l-es értékek közé esik. (Az EU szabályozás: Az ivóvíz maximális radontartalma: 100 Bq/l) • Gyógyfürdők vize gyakran jelentős mennyiségben tartalmaz radont • Maine (U.S.) község kútjai: akár 37000 Bq/l-es aktivitáskoncentráció is mérhető. A vízbeli nagy radon koncentrációt az okozza, hogy a térség egy nagy urántartalmú gránit alapkőzet felett fekszik. • Az egy év alatt a radontól kapott dózis kb. 0,3-100 mSv között változik. • Lakások építőanyagának radioaktivitása: egyes HongKong-i épületekben nagy beltéri radonkoncentrációt mértek • Svédország: 300 000 épület építőanyaga tartalmazott radioaktív összetevőket. Ez 100-400 Bq/m3-es radon aktivitáskoncentrációt eredményezett és az itt élők évi 7,1-16,7 mSv effektív dózist kaptak.

A lakáslevegő radontartalma • A lakáslevegő radontartalma a meteorológiától is függévszakos váltakozás - nyári minimum, téli maximum • Fontosak a légnyomásviszonyok • Fagyos napok száma is fontos • Talajvíz szintje: Ha a ház alatt talajvíztükör van az akadályozhatja a radon mozgását • Fontos a ház típusa is (családi ház, emeletes ház stb...) • De döntő a ház alatt húzódó kőzet típusa is! • Az építőanyag is jelentős radonforrás lehet! • (Egyes csempék is jelentős radonforrások!) • A lakók életmódja is fontos - gyakran szellőztet-e? • Mennyire idős a ház - nyílászárók jól zárnak-e

• • • •

Lakótér magassága fontos (emeleten mérünk-e) Van-e pince? Nem mindig elég egyszer mérni! Szezonális korrekciós faktorok bevezethetők, ám használatuk vitatott • Egyes szenek (Ajka, Tatabánya, Oroszlány, Várpalota) nagy rádiumtartalmúak- a rádium visszamarad a salakban - beton adalékként használva gondot okozhat.

•

Szabó Katalin, Jordan Gyozo,Horváth Ákos, Pásztor László, Bakacsi Zsófia, Szabó Csaba eredményei- A talaj gázok radontartalmának feltérképezése területén (Mapping the soil gas radon concentration and soil permeability and their relation to pedological and geological background)

A mérések Pest megyében történtek RAD7 detektorral és Radon JOK permeaméterrel

Ausztria radontérképe

A Finn radontérkép Az európai radontérképezésekről egy Összefoglaló, akit érdekel: http://www.academia.edu/444997/An_o verview_of_radon_surveys_in_Europe

Radon koncentráció egy bezárt magyar uránbánya felett épült házakban • • • •

A helyszín: Kővágószőlős 1997-ben bezárt a bánya, azóta nincs szellőztetés. 410 kBq/m3-es átlagos radon aktivitást mértek a bánya szellőztető kürtőjében Igen magas radon koncentrációkat mértek a kürtőtől néhány száz méterre lévő házakban (667 Bq/m3) A kőzet repedésein át kijut a bányából a radon így a vájat feletti házak légterében kimutathatóan az átlagosnál jóval magasabb koncentrációk mérhetők

Kővágószőlős látképe

A radon egészségi hatása • A gamma sugárzás egészségi hatása elhanyagolható a radon hatásához képest • A radon leányelemei hozzákötődnek a környezetben található aeroszolokhoz. Belélegezve bizonyos valószínűséggel kiülepednek a légutakban. • Ezek közül számos alfa bomló: pl. Rn-220 – Po-216 – Pb-212 • Rn-222 – Po-218 - Pb214 • Az alfa részecskék károsíthatják a tüdőszövet DNS-ét - ez tüdőrákhoz vezethet. • A radonból kb. 2 mSv dózist kapunk évente, nagy azonban a belső dózis aránya. A többi természetes forrásból kb. 1mSv-et kapunk évente. Kiemelkedő tehát a radon hozzájárulása a természetes sugárterheléshez. • Bizonyos foglalkozások esetén fokozott radon koncentrációk érhetik a dolgozót (pl. uránbányász, barlangokban dolgozók, olajfinomítókban dolgozók, gyógyfürdők dolgozói, erőművek dolgozói, alagutakban dolgozók stb...

• Számos felmérést végeztek az uránbányászok körében. Ez alapján próbálták meg a lakáslevegő egészségi hatását megbecsülni. Valószínűleg nem lineáris azonban a dózis-hatás diagramm kis dózisok esetén. • Fontos a dózis-intenzitás is! Rövid idő alatt kapunk nagyobb dózist vagy hosszan kisebbet, mint az uránbányászok. • A radon a dohányzás után a második legsúlyosabb tüdőrák okozó tényező. • Kiemelkedően nagy tüdőrák előfordulási valószínűség az uránbányászok körében. • Bányászok adataiból próbáltak a lakáslevegő radontartalmának kockázatát becsülni, ám sok faktor különbözik a bánya esetén az átlagos lakossághoz képest (dohányzás, nemek szerinti megoszlás stb...)

• Az egészségi hatás kimutatásának másik módszere az ún. Case-control study. Ez azonban nem igazán működőképes kis dózisok esetén (túl kicsi a megbetegedések száma, emellett számos faktort kell figyelembe venni • Az adatok alapján úgy tűnik, hogy nincs küszöbérték, ami alatt nem kell a radon által okozott veszéllyel számolni.

• Állatkísérletek mutatják, hogy a radon a tüdőrák mellett (karcinóma) tüdőfibrózist és emphysémát is okozhat. • A pl. ivóvízzel elfogyasztott radon a vérbe kerül, majd nagy része gyorsan kiürül a szervezetből. Egy része azonban mivel zsírban jobban oldódik, mint vízben zsírosabb testtájakon felhalmozódhat. • A tüdőrákon kívül azonban nincs bizonyíték rá, hogy a radon más ráktípus kialakulásában is részt venne.

Radonterápia

Radon terápia • • • •

• • • • •

A radonterápiával elsősorban a krónikus mozgásszervzi és léguti megbetegedések, valamint bőrbetegségek kezelhetőek A radon terápia emellett segíthet az immunrendszer működésének optimalizációjában is A radon hatásmechanizmusa: alfa sugárzást bocsát ki, mely károsítja a szervezetet. A károsodás helyrehozatalának érdekében beindulnak a szervezet öngyógyító folyamatai Hatása a gasteini fürdő honlapja szerint:

fokozza a sejtek regenerálódását, csökkenti az agresszív szabad gyökök számát,? aktiválja a gyógyulást segítő és gyulladáscsökkentő TGF-Beta1 kémiai hírvivő anyagot, csökkenti a Substance P, a fájdalom információ kémiai hírvivő anyagának mennyiségét, béte-endorfint szabadít fel és pozitív hatással bír a szerotoninanyagcserére.

A Mátraderecskei Mofetta • Mofetta: viszonylag alacsony hőfokú utóvulkáni kigőzölgés. Főleg szén-dioxidot tartalmaz, de jelentős a radontartalma is. • Száraz fürdő- a páciens mellkasig érő szén-dioxid gázban ül- a gáz hatására kitágulnak az erek. • hatásos elsősorban a verőérbetegségekben (különböző eredetű és súlyosságú alsó végtagi érszűkületek), cukorbetegség érszövődményei, magas vérnyomás, különféle reumatikus betegségek, súlyos érrendszeri érintettséggel járó autoimmun betegségek, köszvény, csontritkulás, egyes nőgyógyászati betegségek, meddőségi és impotencia problémák, vegetatív idegrendszeri eredetű belgyógyászati panaszok kezelésében.

• Köszönöm a figyelmet!

• Felhasznált irodalom: • • • • • • • • • •

- Szerven belül egyenetlen dóziseloszlások és az LNTmodell (Madas Balázs Gergely*, Balásházy Imre) Balázs László: kőzetfizika (http://elte.prompt.hu/sites/default/files/tananyagok/kozetfizika/ch09.ht ml) Dr. Szakács Sándor: Geokémia, Sapientia egyetem, EMTE-KPI, Kolozsvár, 2008 Szabó Csaba: Elemek körforgása (bevezető doktori kurzushoz) http://watd.wuthering-heights.co.uk/nuclear/uraniumreserves.htm http://www.bgr.bund.de/EN/Themen/Wasser/Bilder/Was_geochem_eu_mw_ abb2_g_en.html;jsessionid=340C88B4B86A78A0F42554AB48CE10B5.1_ci d334?nn=1548136 MINDA MIHÁLY: A LAKÓTÉRI RADONSZINTET BEFOLYÁSOLÓ PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSA M. D. Siegel and C. R. Bryan- Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM, USA: Environmental Geochemistry of Radioactive Contamination HTTP://ATOMFIZIKA.ELTE.HU/KORNYFIZLAB/MERESEK: A LEVEGŐ RADIOAKTIVITÁSÁNAK VIZSGÁLATA HTTP://ATOMFIZIKA.ELTE.HU/KORNYFIZLAB/MERESEK: RADVÍZMINTÁK RADONTARTALMÁNAK VIZSGÁLATA

• •

•

• • • • • • •

J. Donald Appleton: Radon in air and water CATHERINE BEAUCAIRE, PIERRE TOULHOAT(1987): Redox chemistry of uranium and iron, radium geochemistry, and uranium isotopes in the groundwaters of the Lod~ve Basin, Massif Central, France G. Ielscha,*, D. ThieÂblemontb, V. Labeda, P. Richona, G. Tymenc,C. Ferrya, M.C. Robe a, J.C. Baubronb, F. BeÂchennecb: Radon (222Rn) level variations on a regional scale: in¯uence of the basement trace element (U, Th) geochemistry on radon exhalation rates János Somlai a, Zorán Gorjánácz c, András Várhegyi b, Tibor Kovács a, : Radon concentration in houses over a closed Hungarian uranium mine Xueqiu Wang a,b,⇑, Shanfa Xu a,b, Bimin Zhang a,b, Shanding Zhao b: Deep-penetrating geochemistry for sandstone-type uranium deposits in the Turpan–Hami basin, north-western China Wikipedia- Uránium,Tórium, Rádium, Radon, Maghasadás, Radioaktivitás,uránszurokérc... Theodore Grey: Kémiai elemek World Nucleal Association: World Uranium Mining Production GTK.fi/publ/Foregsatlas Breitner Dániel:Radon probléma földtani háttere és a lehetséges mentesítési megoldások