Reaktorzóna körüli helyiségek radon sugárvédelme a Paksi...
Transcript of Reaktorzóna körüli helyiségek radon sugárvédelme a Paksi...
1
Eötvös Loránd Tudományegyetem
Természettudományi Kar
Környezettudományi Centrum
A radon sugárvédelme a Paksi Atomerőműnél és más
munkahelyeken
SZAKDOLGOZAT
Készítette:
GYŐRI ORSOLYA LENKE
KÖRNYEZETTAN ALAPSZAKOS HALLGATÓ
Témavezető
Dr Horváth Ákos
Egyetemi Docens
Budapest 2016
2
3
Tartalomjegyzék
1. Célkitűzés ............................................................................................................................... 5
2. Történelmi háttér .................................................................................................................. 5
3. Az atommag tulajdonságai ................................................................................................... 7
3.1 Környezeti radioaktivitás ........................................................................................ 7
3.1.1 Aktív magok szerinti osztályozás .................................................................... 7
3.1.2 A radioaktív sugárzás attribútumai .................................................................. 8
3.1.3 Radioaktív sugárzások típusai ......................................................................... 9
3.1.2 -sugárzás ...................................................................................................... 10
3.1.3 Ionizáció ......................................................................................................... 10
4. Radon ................................................................................................................................... 11
4.1. A radonról általánosságban .................................................................................. 11
4.2 A radon bomlási sora ............................................................................................ 11
4.3. A radon környezeti fontossága ............................................................................ 12
4.3.1. A radon és az a-részecske útja ..................................................................... 12
4.3.2. A leányelemek útja ....................................................................................... 13
4.4 A radon hatása az emberi szervezetre ............................................................................ 13
5. Sugárvédelem ...................................................................................................................... 15
5.1 Háttérsugárzás ....................................................................................................... 15
5.1.1 Mesterséges háttérsugárzás ............................................................................ 15
5.1.2 Természetes háttérsugárzás ............................................................................ 15
5.2 Definíciók ............................................................................................................. 15
5.3 Sugárterhelés ......................................................................................................... 16
5.1.2 Lakossági sugárterhelés ................................................................................. 16
5.1.3 Foglalkozási sugárterhelés ............................................................................. 17
5.4 A levegő radon-tartalmát és annak dózisát leíró mennyiségek ............................. 17
5.3 Szabályozás ........................................................................................................... 18
5.3.1 ICRP 65 .......................................................................................................... 18
5.3.2 Hazai jogszabályozás ..................................................................................... 19
5.3.3 EU BSS .......................................................................................................... 20
5.3.4 Összehasonlítás .............................................................................................. 21
6. A mérési műszerek .............................................................................................................. 21
6.1. RAD7 detektor ..................................................................................................... 21
4
6.2. Az MGP aeroszol detektor ................................................................................... 23
6.3 AlphaGUARD detektor ......................................................................................... 24
7. Mérési helyszínek és körülmények bemutatása ............................................................... 25
7.1. Jánossy-akna ......................................................................................................... 25
7.2 MVM Paksi Atomerőmű Zrt. ................................................................................ 26
8. Mérési eredmények kiértékelése ....................................................................................... 27
8.1 Jánossy-akna mérési eredményeinek bemutatása és kiértékelése ......................... 27
8.2 MVM Paksi Atomerőmű Zrt. ................................................................................ 29
9. Összefoglalás ....................................................................................................................... 34
10. Irodalomjegyzék ............................................................................................................... 37
5
1. Célkitűzés
Dolgozatom célja hazai példákon bemutatni, és összehasonlítani az eltérő
munkahelyek illetve munkakörök alapján az ott dolgozók radontól és leányelemeitől
származó potenciális sugárterhelését.
A vizsgálatokat, számos tényező indokolja. A radon és leányelemei adják a
háttérsugárzás közel felét. Vizsgálatának fontosságát és erre irányuló figyelmet jól jelzi,
hogy az Európai Unio és a WHO is számos programot indított vizsgálatára. Környezeti
és egészségügyi szempontból a háttérsugárzás részhányadán kívül a nemesgáz
szerkezete miatt jelentős. Tekintettel arra, hogy a tüdőbe könnyen bejutva és ott
elbomolva komoly egészségügyi kockázatot jelent. Az egyes munkahelyeken dolgozók
vagy munkakörükből kifolyólag vagy a munkahelyük elhelyezkedése miatt lehetnek
fokozottan kitettek sugárterhelésnek. Dolgozatomban a munkakörök összehasonlítása
lehetővé teszi, hogy belelássunk az így kapható sugárterhelés eltérő mértékére.
2. Történelmi háttér
Miután az emberiség fölismerte az atommag energiájában lévő lehetőségeket, és
kezdtek megépülni az első atomreaktorok, ezzel párhuzamosan az emberek
sugárterhelés elleni védelme is szem elé került. Ahhoz, hogy megértsük ennek a
fontosságát, vissza kell mennünk az időben az ionizáló sugárforrás, radioaktivitás
felfedezéséhez, alkalmazásához.
Az első fontos mérföldkő Epicurus, atomista filozófus nevéhez köthető.
Foglalkozási megbetegedéseket, tüdőbántalmakat írt le. (Pesznyák és Sáfrány, 2013) Az
okát ezen megbetegedéseknek nem lehet biztosra tudni, ugyanis az egészségügyi
problémákat vagy a szilikózis, melyet az akkori technológia és bányakörülmények
egyszerűsége vagy pedig az elegendően magas radontartalom okozta, mutatott rá Titus
Lucretius Carus, aki időszámításunk előtt 100 körül. (Luykx és Frissel, 1996) [1]
Egy másik fontos történelmi esemény a radon fontossága kapcsán a 16. század
első felében leírt „schneebergi tüdőbaj”, melyet a Schneeberg környéki
bányamunkásoknál figyeltek meg. Ennek a kornak a feljegyzései, mely a foglalkozási
sugár-megbetegedésekhez kapcsolódik, az Paracelsus nevéhez fűződik. Ezt a jelenséget
6
„Über die Bergsucht und andere Bergkrankheiten” (A „bergsucht”-ról és más bányász
betegségekről) című művében írt le. Ez a német kifejezés a bányamunkát folytató
emberek körében elterjedt tüdőbántalmak összefoglaló elnevezése volt.
Ahogy fokozódott a 17. és 18. században az ércbányászat (réz, ezüst, kobalt)
intenzitása, úgy nőt ezzel együtt a tüdőbaj gyakorisága is az ott élő bányászok körében.
Végül ezt a megbetegedés tüdőrákként, illetve hörgőrákként azonosították. Ezekben az
évtizedekben a Schneeberg környéki bányászok 75%-a halt meg rákban. Akkoriban úgy
gondolták, hogy ez főleg a bányászat során levegőbe került ércporok, az akkoriban igen
gyakori tuberkulózis illetve a szálló porral keveredett arzén okozzák.
Miután Geitel és Elster elindították az első radon-méréseket a schneebergi és
jachymovi bányáknál, igen magas radon-koncentrációkat mértek. Ezen tudományos
kutatások és feltételezések beigazolták, hogy kapcsolat van a tüdőrák, és az említett
bányákban mért radon-tartalom között. (ICRP 65, 1995)
A XIX. század végén, egész pontosan 1896-ban Becquerel felfedezte a
radioaktivitást. Felismerte, hogy az uránszurokérc (egész pontosan a
[SO4(UO)K+H2O]), olyan áthatoló sugárzást bocsát ki magából, amit ez idáig nem
ismertek. Meglepő felfedezése, hogy a sugárzás intenzitása napok múlva sem csökkent,
illetve az a só mesterséges átkristályosítását követően sem vesztett a sugárzás az
erősségéből.
Ezt a tudományos felfedezést Becquerel doktorandusza, Marie Curie is
megerősítette, majd férjével Pierre Curie-vel a sugárzás eredetét kutatták. Különböző
kémiai elemeken vizsgálták ezt a jelenséget, végül Marie Curie nevezte el
radioaktivitásnak. (Fizikai Szemle 1996/11)
A 20. század végén Marie Curie és Pierre Curie rádiumot és polóniumot nyert ki
jachymovi bányák uránszurokérceiből. (ICRP 65, 1995) Megjegyzendő hogy 2,8[t]
természetben előforduló uránmennyiségből lehet előállítani 1[g] rádiumot. A rádium
mivel egy radioaktív család tagja maga is radioaktív anyagot bocsát ki bomlása során.
Ezt nevezte el Rutherford rádium-emanációnak (emanáció, latin eredetű szó, kiömlést
jelent), melyet később radonra kereszteltek. (Fizikai Szemle 1996/11)
A radioaktivitás kapcsán felvetődik a maghasadás kérdésköre is, mely Otto
Hahn, Fritz Strassman és Lise Meitner nevéhez fűződik. Az ő munkásságuk alapján
tudta meg a világ, hogy a kellően nagy rendszámú elemeket elég egy nem túl gyors
neutronnal besugározni, ahhoz, hogy stabilból instabil atommag keletkezzen, és ezáltal
7
kialakítsa a jellegzetes babapiskótaformát, hogy utána elhasadhasson két könnyebb
elemre. (TVFizika, 2006) A hasadás során keletkező izotópok radioaktívak, és a
környezeti radioaktivitás fontos részei.
3. Az atommag tulajdonságai
A természetben nagyjából 280 izotóp található meg. Az atom elektronból és
atommagból áll. Az atommag tartalmazza a neutronokat és a protonokat, melyek
tömegüket tekintve közel azonosak. Ezeket az elemi részecskéket együttesen
nukleonnak nevezzük. A protonszám adja meg az elem rendszámát, tömegszámát pedig
a proton és neutron együttesen. A periódusos rendszert tekintve egy elemnek pl.
hidrogén, létezhet több izotópja is. Ez a kifejezés azt jelenti, hogy az atommagon belül a
protonszám azonos, de a neutronszám eltérő (pl. 235
U, 238
U, hidrogén). Vannak olyan
magok, melyek izotonok. Ebben az esetben eltérő kémiai elemekről beszélünk, ám a
neutronszámuk megegyezik (pl. 16
O, 15
N). Léteznek még izobar atommagok, ahol az
elemek tömegszámai azonosak (pl. 40
K, 40
Ca) (Kiss és Tasnádi, 2012) A hidrogén
esetében az izotópok úgy néznek ki, hogy a protonszám az egy, míg a neutronszám
lehet egy, kettő és három. Ha egy, akkor az a közönséges hidrogénről (próciumról), ha
kettő, akkor az a deutériumról, ha három, akkor meg a tríciumról beszélünk. (A
hidrogén izotójai) [4]
3.1 Környezeti radioaktivitás
Az instabil atommagok, képesek a már említett radioaktivitásra és az ionizáló
sugárzásra. Ezen folyamatok a természetben több okra is visszavezethetőek, és az
atommagok alapján több csoportba is sorolhatók.
3.1.1 Aktív magok szerinti osztályozás
a ) R a d i o a k t í v c s a l á d o k
Ebbe a kategóriába az olyan izotópok tartoznak, melyek jóval később
keletkeztek, mint ahogy a Föld kialakult, egy távoli szupernóva- robbanás során.
Ezeknek az atommagoknak a felezési ideje olyan hosszú, hogy még nem sikerült
elbomlaniuk teljesen. Így ezek illetve leányelemeik befolyásolják a természetes
8
radioaktivitást. Ide soroljuk az 238
U-t, az 235
U-t és a 232
Th-t. Ezek az atommagok az
úgynevezett bomlási sorok kezdő magjai. Akkor beszélünk bomlási sorról, ha a lánc
elején álló radioaktív mag a lehetséges leányelemein keresztül elbomlik és végül egy
stabil atommaggá alakul. Mindhárom bomlási sor, végül az ólom valamely izotópjában
végződik.
b ) H o s s z ú f e l e z é s i i d e j ű , k ö n n y e b b m a g o k
Ebbe az osztályba tartoznak az olyan radioaktív izotópok, melyeknek a felezési
ideje már összemérhetők a Föld kialakulásától számított időskálával. Csaknem húsz
ilyen atommagnak tudunk a létezéséről. Ilyen például a 115
In, 40
K vagy a 87
Rb.
c ) F o l y a m a t o s a n k e l e t k e z ő r a d i o a k t í v a t o m m a g o k
A Napból illetve a kozmoszból érkező távoli, nagysebességű részecskék
kölcsönhatásba kerülnek a légkörrel. Ezek a részecskék legfőképp nagy energiájú
protonok, amelyek ütköznek a légkört alkotó molekulákkal. A folyamat során
gyorsneutronokat szakítanak ki és indítanak el. Végül ezek a neutronok váltják ki a
trícium és a radiokarbon keletkezéséhez szükséges folyamatokat.
d ) M e s t e r s é g e s e r e d e t ű r a d i o a k t í v a t o m m a g o k
Az ilyen atommagok forrása lehet például a nukleáris ipar, technológia termékei,
a meghibásodott erőművek okozta szennyező anyagok, nukleáris fegyverkezés. Amit
érdemes még itt megemlíteni, az két olyan izotóp, melyek nagy mennyiségben
keletkeznek és emberi években mérve igen hosszú a felezési idejük. Ez a két atommag a
90Sr (T1/2=28,78[év]) és a
137Cs (T1/2=30,07[év])
3.1.2 A radioaktív sugárzás attribútumai
A radioaktív bomlás során az atommag átalakul egy másik tömegszámú és/vagy
rendszámú atommá, ami energetikailag kedvezőbb állapotot biztosít. Eközben gyorsan
mozgó töltött részecskék vagy gamma-kvantumok áramát bocsátják ki magukból. (Kiss
és Tasnádi, 2012)
Először is meg kell említeni az aktivitást. Ez a fogalom számszerűsíti az
időegység alatt elbomló atommagok számát. Egysége a [Bq], a már fentebb említett
Henry Becquerel tiszteletére. 1[Bq] = 1bomlás/sec értéknek felel meg. Régi mértéke az
aktivitásnak a Curie volt, ami 3,7×1010
bomlás/sec-nek felelt meg.
9
Másodszor tudnunk kell, hogy ezek a radioaktív folyamatok az atommagon belül
teljesen izoláltan zajlanak. Nem szólnak bele a külső hatások, hiszen az atomburok
megóvja a magokat.
Mindezek mellett, fontos a már többször leírt felezési idő definíció magyarázata.
Ez a kifejezés megadja (1. egyenlet), hogy mennyi idő múlva feleződik el a mintában
jelen lévő radioaktív magok száma.
T1/2 = ln 2/= 0,69×
1. egyenlet: Felezési idő. bomlási állandó (Kiss és Tasnádi, 2012)
Az első felezési idő után az aktív magok a felére, míg a második bomlás után a
negyedére, a harmadik után a nyolcadára csökkennek, és így tovább.
Az élettartam pedig azt az időintervallumot adja meg, míg az mintában jelen
lévő összes aktív mag el nem bomlik. Az élettartam és a felezési idő kapcsolatát az
alábbi (2. egyenlet) összefüggés adja meg.
= /ln 2
2. egyenlet: Élettartam. bomlási állandó (Kiss és Tasnádi, 2012)
A már fentebb említett bomlási sorok kapcsán, látható, hogy számos radioaktív
atommag bomlása után is olyan leánymag keletkezik, ami szintén radioaktív, és az a
mag képes továbbalakulni. Meg kell állapítani, hogy a vizsgált mintában az atommagok
két okból kifolyólag is változhatnak. Az egyik, hogy az anyamag bomlásával új magok
keletkeznek, ilyenkor nő a leányelemek száma. A másik ok, maguk leányelemek is
bomlanak, így efelől csökken a számuk. Azonban sokat egyszerűsödik az eset, ha van a
bomlási láncban egy olyan atommag, melynek felezési ideje nagyságrenddel nagyobb,
mint a sor többi tagjának a felezési ideje. Ekkor az anyamag bomlása egyensúlyban van
a rövid felezési idejű leányelem bomlásával. A bomlási sor következő pontjaira is ennek
a jelenségnek kell vonatkoznia. Ebben az esetben beszélünk radioaktív egyensúlyról.
Ezt az alábbi (3. egyenlet) összefüggés reprezentálja.
A = N11 = N22 = N33 = ….. = Nii.
3. egyenlet: A radioaktív egyensúly. N – aktív magok száma, bomlási
állandó (Kiss és Tasnádi, 2012)
3.1.3 Radioaktív sugárzások típusai
Legfőbb tulajdonsága a radioaktív elemeknek az az energia, melyet a bomlás
során a kirepülő részecske magával visz. Az atommagban lévő, egy nukleonra eső
10
kötési energiák általában pár [MeV] körüliek. Ezért az atommagon belüli spontán
átrendeződések, átalakulások ennél alacsonyabb energiák szabadulnak fel. Tehát a
radioaktív bomlások során a felszabaduló energia tipikusan a 10[keV]-tól a pár [MeV]-
ig intervallumba esik.
A fent leírtak alapján megkülönböztetünk -, -, -bomlást. Az utóbbi esetben
már azt atommag elektromágneses bomlása figyelhető meg. A -bomlásnak három
típusa ismert. Az egyik a negatív, a másik a pozitív-béta bomlás, a harmadik az
elektronbefogás (EC). Valamint létezik még a spontán hasadás jelensége. Ebben az
esetben bárminemű külső hatás nélkül az atommag elhasad két új, kisebb tömegű
magra. Ez a természetes izotópok esetében figyelhető meg, ott is csak a 238
U, 235
U, 232
Th
atommagoknál. Azonban ennek a spontán hasadásnak a valószínűsége igen csekély az
-bomlás végbemenéséhez képest. (Kiss és Tasnádi, 2012)
Ezen sugárzások, bomlások szolgálnak alapjául a természetben is pontosan
mérhető háttérsugárzásnak.
3.1.2 -sugárzás
Az alfa-bomlás során a radioaktív atommag kiemittál egy hélium atommagot.
Kilök egy két neutronból és két protonból álló atommagot. Ezáltal a kezdeti
tömegszáma néggyel, rendszáma pedig kettővel csökken. A két proton és a két neutron
alkotta rendszer olyan erősen kötött, hogy energetikai szempontból a megvalósulása
kedvező. A kibocsátott mag elektromos töltését tekintve pozitív, és általában 5-
10[MeV] körüli kinetikus energia szabadul fel a bomlás során (1[MeV] az 1,6×10-23
energiát jelent). Az atommagon belül lévő töltés pozitív, ezért igen erős a protonok
taszításából származó elektromágneses taszítás. Tehát egy alfa részecske emittálódása
esetén, a protonszám kettővel csökken, így ez a jelenség a nukleonok kötése közötti
taszítóerőt lecsökkenti. [5]
3.1.3 Ionizáció
A fentebb említett -bomlás kapcsán látható, hogy ilyenkor egy nagy energiájú
töltött részecske hagyja el az atomot. Ez a részecske a megtett útja során, pályája
mentén képes kölcsönhatásba kerülni más atomokkal, molekulákkal. Ez a kölcsönhatás
sokszor az ionizáció.
Ionizáció során, egy nagy energiájú töltött részecske ionizálja az atommagot.
Ebben az esetben az elektronhéjból kiszakít pár kevésbé kötött elektront. Az ionizáció
11
mértékét a fajlagos ionizációval adják meg. Ez azt jelenti, hogy ha a levegőt tekintjük
reakcióközegnek, akkor a részecske a megtett út kezdeti és a végpontja között összesen
hány ionpárt hoz létre (ionpár/cm). Ez természetesen függ az áthaladó részecske
energiájától és töltésétől. [6] [2] [3]
4. Radon
4.1. A radonról általánosságban
A radon egy színtelen, jellegzetes szaggal nem rendelkező radioaktív, inert nemesgáz,
mely a rádium alfa-bomlásával keletkezik. Rendszáma 86, atomszáma pedig az alapján
változik, hogy melyik bomlási sorból, családból származik. Hiszen mindegyik
radioaktív család bomlási sorában megtalálható a radon (1. táblázat). Molekuláját
tekintve egy atomos, sűrűsége 9,73[g/cm3], vegyértéke pedig nulla. (Cs. Nagy és Nagy,
2014)[9]
1. táblázat: A radon izotópjai (Cs. Nagy és Nagy, 2014)
Bomlási sor Radon izotóp Elnevezés Felezési idő
238U 222Rn Radon 3,8 nap
235U 219Rn Aktinon 3,9 s
232Th 220Rn Toron 55 s
4.2 A radon bomlási sora
Esetünkben az urán-238-ból keletkező radon a lényeges. A természetben több
leányeleme is megtalálható, hiszen folyamatosan keletkezik és bomlik alfa-bomlással,
melynek során 5,5[MeV] energia szabadul föl. A radon alfa-bomlása során, melynek
felezési ideje 3,8[nap] egy 218
Po atom keletkezik, ami szintén alfa-bomló és már nem
gáznemű. Ennek felezési ideje 3[perc] és a felszabaduló kinetikus energiája 6[MeV].
Ebből újabb bomlás során is egy fémion a 214
Pb jön létre, melynek felezési ideje
26,8[perc] és energiája pedig kevesebb, mint 1,02[Mev]. Ez az atommag már béta-
bomló. Bomlása utána egy 214
Bi keletkezik. Ennek a felezési ideje 19,9[perc], a
felszabaduló energiája kevesebb, mint 3,27[MeV]. Ebből béta-bomlással egy 214
Po
képződik, mely már alfa-bomló. Energiája 7,69[MeV], felezési ideje pedig 164[s].
12
Ebből végül, de nem utolsó sorban egy 210
Pb keletkezik. Ennek felezési ideje már
22,2[év] és a bomlásakor felszabaduló energia 17[keV]. Ez az úgynevezett radonsor,
mely a radon bomlásától 210
Pb keletkezéséig tart. Ezért eddig tart, mert olyan hosszú az
ólom felezési ideje, hogy a kiértékeléséhez és feldolgozásához éveket kellene várni.
(Durridge Company, 2015) [10] A radioaktív sort az alábbi ábra szemlélteti (1. ábra).
1. ábra: 238
U bomlási sora. [7]
4.3. A radon környezeti fontossága
4.3.1. A radon és az a-részecske útja
A radon a rádiumból alfa-bomlással keletkezik. A radonnal egyidejűleg egy alfa
részecske is kilökődik a keletkezett atommaggal ellenétes irányba. A radon izotópok
közül kiemelkedő jelentősége van a Rn-222 atommagnak. Felezési ideje (3.8 nap)
lehetővé teszi a keletkezés helyétől való eltávolodását. Nagyobb a valószínűsége annak,
hogy kölcsönhatásba kerül a tüdőszövettel, mint a többi radon izotóp.
A rádium előfordul urándús kőzetekben. Ilyen geológiai képződményeket
elsősorban a Velencei-hegységben és a Mecsekben találunk. Ezen hegységeknek a fő
kőzettani alkotója az andezit és a gránit. [11] Jellemző előfordulása ásványokban:
uraninitban (UO2), koffinit (USiO4). [12][13] Az eltérő közegekben kilökődött radon-
ion az ásványokban 0,02-0,07[m]-t tesz meg, míg vízben 0,1[m]-t, de ami a
13
legfontosabb a levegőben 63m.[8] Az alfa-részecske ennél hosszabb utat tesz meg.
Levegőben kb. 3,5[cm] a hatótávolsága.
A radon környezetünkbe, beltereinkbe diffúzióval tud bekerülni. Bediffundál a
talajlevegővel a házak repedésein keresztül, a vezetékes vízzel, az építésre használt
építőanyagokkal, a földgázzal, valamint egy kisebb hányaddal a külső levegővel is. [14]
4.3.2. A leányelemek útja
A keletkezett többi leányelem már ki tud ülepedni az épületek helyiségeiben
lévő aeroszol szemcsékre, esetleg a különböző bútorokra, felületekre, mivel nem
nemesgázok. A radon leányelemeinek csak egy része marad a levegőben, másik része a
bel terek falain kitapad. A leányelemek vagy maguk találkoznak a fal felületével és
kitapadnak, vagy először egy aeroszollal ütköznek és egy olyan aeroszol tapad ki a
falra, melyen megtalálhatóak a leányelemek. Több variáció is lehetséges, a következő
ábra ezt hivatott reprezentálni. (2. ábra)
2. ábra: A radon lehetséges útvonala. (Készült a Radon and its decay products in indoor
air című könyv 163. oldala alapján) (Nazaroff, Nero, 1988)
4.4 A radon hatása az emberi szervezetre
Dolgozatom szempontjából az a mozzanat a lényeges, amikor egy radioaktív
izotópot belélegzünk, vagy pedig az aeroszolra tapadt leányeleme kerül be a
szervezetünkbe, ahogy azt a (2. ábra) is szemléltette. Az emberi szervezetre úgy van
nagy hatással a részecske, ha a légcsőbe, hörgőkbe, tüdőbe bekerül. A legnagyobb
hatását a hörgők elágazásánál fejti ki, hiszen ott a bekerült izotópok könnyen meg
tudnak tapadni. Az ott végbemenő további alfa-bomlások erősen károsíthatják a
jelenlévő sejteket. Az alfa-bomlás a közvetlen környezetében igen erősen képes
14
roncsolni a szöveteket, hiszen nagy energiát ad le, ami úgymond sokkolja az ottani
közeget. Ez az úgynevezett direkt roncsolás. Ilyenkor károsodhat a sejt anyagcseréje, a
sejtet alkotó molekulákból szabad gyökök keletkezhetnek, valamint az öröklődést
szabályozó DNS is sérülhet. A másik esetben a károsodás a radioaktivitás
vízmolekulákra fejtett hatásán alapul, itt ugyanis erősen reaktív szabadgyökök
keletkeznek. Ez az úgynevezett indirekt károsodás.
A sejt reakciója az őt ért ionizációra többféle lehet. Három féle eset történhet a
jelenlévő sejtekkel:
- A sejt sikeresen helyre tudja állítani magát.
- Már nem tudja teljesen helyreállítani magát, de funkcióját többé-kevésbé el tudja
látni. (Azonban megeshet az is, hogy genetika változások mennek végbe
petesejtben és hímivarsejtben.) Elszenvedhet részleges sejtfunkció-vesztést.
Legrosszabb esetben az ilyen sejtekből alakulhat ki rákos elburjánzás.
- A sejt teljesen elhal. [17] [22]
A fent leírtak tükrében láttuk a radon lehetséges hatásait az emberi szervezetre, így
érthető miért is kell nagy körültekintéssel eljárni radondús környezet esetén. Legyen szó
lakókörnyezetről vagy nukleáris tevékenységet folytató munkahelyről vagy egyéb
munkákról (például tudományos mérésekről, látogatók körbevezetéséről, turisztika).
A gyakorlati életben nem feltétlenül kell a legrosszabbra gondolni, ha a radon-
koncentráció meghaladja a jogszabályok által előírt iránymutatásokat, hiszen ma már
létezik a radonmentesítés, mint kárhelyreállítás vagy kármegelőzés. Erre jó példa Cs.
Nagy Géza és Nagy Hedvig Éva 2014-ben megjelent könyve, melynek címe a
„Radonmentesítés lehetséges műszaki megoldásai”. Ebben részletes útmutatást
nyújtanak a radon okozta problémák helyreállítására, megelőzésére.
Álljon itt néhány példa a könyvből. Prevencióra lehetőség a talajcsere, a
levegőtisztító berendezés, az úgynevezett radon-kút. Helyreállításra, mentesítésre pedig
jó megoldás a speciális felületszivárgó lemezek geotextíliával kombinálva, vagy a
szellőztető, nedvességzáró, dombornyomott lemez. Míg az előbbi főleg a vízszintes
részekre alkalmazható, addig az utóbbi a függőleges területekre. (Cs. Nagy és Nagy,
2014)
15
5. Sugárvédelem
5.1 Háttérsugárzás
5.1.1 Mesterséges háttérsugárzás
A mesterséges háttérsugárzás dózisa ugyanakkor körülbelül 0,41mSv egy évre
vetítve. Idesorolható a nukleáris energiatermelés (0,0007mSv/év), a csernobili
atomkatasztrófa (0,002mSv/év), és az atomfegyverkezés, a kísérleti, légköri
robbantások (0,005mSv/év). Mégis, ami kiemelkedik a mesterséges radioaktív
háttérsugárzások közül az nem más, mint az orvosi diagnosztika (0,4mSv/év).
5.1.2 Természetes háttérsugárzás
Ennél nagyobb a természetes háttérsugárzás, mely egy évre átlagolva 2,4[mSv]
nagyságú. Egy részét az élelmiszerek, italok adják, melyekben a kálium-40 radioaktív
izotóp nagy mennyiségben fordul elő (0,1[mSv/év]). Valamint a kozmikus sugárzás
(0,4[mSv/év]), a Föld anyagának a sugárzása (0,5[mSv/év]), és ami a legszámottevőbb
hányaddal járul hozzá az összes természetes háttérsugárzásnak az nem más, mint a
radon és annak leányelemi (1,2[mSv/év]). Százalékosan tekintve ez a természetes dózis
világátlagának 50%-a. [17]
A fent leírtak alapján belátható, hogy az mesterséges háttérsugárzás, csupán a
természetesnek a 20%-a. Ez éves világátlagban 2,6[mSv] Magyarországra
vonatkoztatva pedig nagyjából 3[mSv/év]. (KISS Á. – TASNÁDI P. 2012)
A sugárvédelem témakörében – ami az összes radioaktív elemek által keltett
ionizáló sugárzás okozta problémákat magába foglalja, általánosságban beszélhetünk
foglalkozási és lakossági sugárterhelésről.
5.2 Definíciók
A sugárterhelés megértéséhez ismernünk kell pár alapvető definíciót. Ilyen az
ALARA-elv. Ez azt jelenti, hogy olyan alacsonyan kell tartani a sugárforrás okozta
lehetséges sugárterhelést, amennyire ésszerűen ez megvalósítható. Figyelembe véve a
jelenkori gazdasági és társadalmi követelményeket. Lényeges a védelem optimalizálása
és a személyeket érhető sugárterhelés lekorlátozása. Ez a három alapelv az alappillére a
globálisan alkalmazott sugárvédelmi normáknak.
16
Az elnyelt dózis megadja a minta egységnyi tömegében abszorbeált energiát.
Dimenziója a Gy (gray). 1[Gy] ekvivalens 1[J/kg]-mal.
A dóziskorlát, azaz effektív dózis, mely az emberi szervezetbe, külső forrásból
került radionuklodokból származik. Adott időre vonatkozóan megszabott érték, a
lekötött egyenértékdózis és az effektív dózis. Ezt a határértéket ellenőrzött körülmények
között sem haladhatja meg az egyéni sugárterhelés. [18]
Az effektív dózis (E), egy olyan biológiai dózisfogalom, amely megadja az
egész testre vonatkozó dózist. Figyelembe véve a különböző szövetek különböző
mértékű kockázatnövelő hatását. Egysége a [J/kg], melynek neve a sievert Ezt az
összefüggést az alábbi egyenlet reprezentálja (4. egyenlet).
4. egyenlet: Effektív dózis. wT – súlyozó tényező, HT – egyenérték dózis a
különböző szervekre számítva [20]
Az effektív dózis egysége: [J/kg], melynek neve: sievert (Sv). [17]
Egyenérték dózis (HT): T szervben vagy szövetben elnyelt dózis, R minőségű és
típusú Az R típusú és minőségű sugárzás súlytényezőjével súlyozott (5. egyenlet).
5. egyenlet: Egyenérték dózis. wR – sugárzási súlyzótényező, DT,R – elnyelt dózis
átlagértéke T szervben vagy szövetben
Az egyenérték dózis egysége: [J/kg]. [20]
5.3 Sugárterhelés
5.1.2 Lakossági sugárterhelés
A lakossági sugárterhelés esetén a foglalkozásinál jóval alacsonyabb dózisokról
beszélhetünk. Ezeket erőművek, orvosi besugárzó technikai eszközök okozhatnak, vagy
a lakosság környezetében fellelhető nukleáris reaktorok. A lakossági sugárterhelés
kényszerített kockázatot hoz létre az embereken. Egy-egy főre az effektív dózis nem
lehet nagyobb 1[mSv]-nél egyetlen évben, különös körülmények között ez az érték
5[mSv]-re módosul, úgy hogy a következő öt év átlagolva 1[mSv/év] legyen, melyet
egy évben sem haladhat meg.
17
5.1.3 Foglalkozási sugárterhelés
A foglalkozási sugárterhelésnél ellenben jóval magasabb értékek vannak
beállítva, hiszen foglalkozásukat az emberek maguk vállalják, és nem kényszerített,
hanem vállalt kockázatról van szó. A sugárterheléssel járó foglalkozásoknál állandó
orvosi vizsgálat is kiegészíti a munkát. Ebben az esetben az ember nap, mint nap
kapcsolatba kerül radioaktív izotópok által kibocsátott sugárzással. Az effektív dózisra 5
év átalgában 20[mSv/év] maximális korlát van megadva, de az 50[mSv/év] értéket
egyetlen évben sem haladhatja meg. [17]
5.4 A levegő radon-tartalmát és annak dózisát leíró mennyiségek
Dolgozatomban szeretnék választ kapni arra, hogy a radon, mint radioaktív
nemesgáz milyen hatással van az egyes munkakörökben dolgozó emberekre. Egyrészt a
Paksi Atomerőmű helyiségeit vizsgáltam, másrészt olyan környezetet vettem górcső alá,
ahol szintén a foglalkozási sugárvédelmi rendszer betartása a kötelező. Ilyen pl. a
csillebérci MTA telephelyen lévő Jánossy-akna.
Mindezekhez, hogy értelmezni tudjuk majd a nyers adatokat, az eredményeknek
informatív jellege legyen, előbb be kell vezetni néhány definíciót.
Ilyen az aktivitáskoncentráció, mely megadja egy köbméter levegőben a
másodpercenkénti bomlások számát [Bq/m3]-ben, ebből tudunk következtetni az ott
jelen lévő aktivitásra, A=cV. Tehát, ami mérhető mennyiség az a koncentráció. Ennek
következtében az emberre gyakorolt ionizáló sugárzás dózisát nem a radon, hanem a
leányelemek mennyiségével arányos sugárzás fogja okozni. Nemcsak azok, amelyek
alfa-bomlással keletkeznek, hanem az összes leányelem, mivel azok együttesen
arányosak a radonkoncentrációval (CRn).
Ahhoz, hogy a koncentrációból ki tudjuk számolni a dózist, melyet Sievertben
[Sv] szoktak megadni, be kell vezetnünk egy ismeretlent, ami a k, dóziskonverzós
állandó. Ez azt mutatja meg, hogy az 1[Bq/m3] radontartalmú levegőben tartózkodás
egy óra alatt mekkora sugárdózist okoz a leányelemi által, mértékegysége
[nSv/h]/[Bq/m3]. Ennek átlagos értéke 9-12[nSv/h]/[Bq/m
3] között változik. A mérési
eredmények kiértékelésénél 10[nSv/h]/[Bq/m3] dóziskonverziós faktort vettünk alapul.
Tehát, ha dózist akarunk számolni, először figyelembe kell venni a k dóziskonverziós
faktort és a koncentrációt. A k értéket befolyásolja az egyensúlyi f faktor. Ezt az
egyensúlyi állandót pedig a 2. ábrán bemutatott folyamatok határozzák meg. Az
18
aktivitáskoncentráció és a k konverziós faktor szorzata megadja a dózisintenzitást,
melyet beszorozva a t eltelt idővel megkapjuk a dózist. Az átlagos lakótéri
radontartalommal számolva megkapjuk a természetes sugárzások dózisában fontos
tényezőként említett radon leányelemeinek éves dózisát.
Egy egyszerű számolási példával élve: ha az átlagos beltéri radon-koncentrációt
50[Bq/m3]-nek vesszük, akkor, a k konverziós faktort 10-nek és 365×8 órával
számolunk (alvásidő).
50[Bq/m3]×10[nSv/h/Bq/m
3]×2920[h] = 1,46×10
-9[Sv] = 1,46[mSv].
A radonkoncentráció alapszintjét lehet úgyis értelmezni, hogy az a radon-
koncentráció a levegőben, ahol a bomlástermékek egy liter levegőben potenciálisan
1,3×105[MeV] energiájú alfa-bomlásból származó energiamennyiséget tudnak leadni
ionizációval a közegnek. Másképp fogalmazva, ez az a potenciális alfa-energia
koncentráció, amely 100[pCi/l] (3700[Bq/m3]) radon-aktivitáskoncentrációjú levegővel
van egyensúlyban. Ez az úgynevezett munkaszint [WL].
Ebből származtathatjuk az 1 munkaszint radon-koncentrációban eltöltött 1
hónapos munkaidő alatt megkapott dózist, és bevezethetjük a WLM, azaz a munkaszint-
hónap fogalmát. Ez ugyanis az egy WL koncentrációjú levegő egy munkahónapon (170
óra) keresztül való belélegzéséből adódó halmozódó sugárterhelés. (IRCP 65)
Fontos fogalom még az EECRn, ami a radonra vonatkoztatott egyensúlyi
ekvivalens koncentráció. A jelentés mögött az a tartalom húzódik meg, hogy a radon
olyan leányelemeinek alfa-dózisai adódnak össze, melyek alfa-bomlás során
keletkeznek. Tehát EECRn=0,11CPo-218+0,52CPb-214+0,38CBi-214. Természetesen ez is
[Bq/m3]-ben értendő. Összekapcsolva a két radon koncentrációt, megkapjuk a már
említett f, egyensúlyi faktort (az egyensúlyi ekvivalens koncentrációt elosztjuk a teljes
koncentrációval). Ez az érték többféle lehet, de legtöbbször ez a 0,4. [19]
5.3 Szabályozás
5.3.1 ICRP 65
Ennek kapcsán meg kell említeni a radon-222 elleni sugárvédelemről szóló
kiadványt, mely a Nemzetközi Sugárvédelmi Bizottság 65-ös számú közleménye, ami
1995-ben jelent meg. Ebben a jegyzetben a radon elleni védekezésről szóló javasolt
értékek az alábbiak szerint alakulnak cselekvési szint tekintetében: a lakosságnál az
effektív dózis 200-600[Bq/m3] koncentráció esetén 3-10[mSv/év] az érték, míg a
19
munkahelyeken 500-1500[Bq/m3] radonkoncentrációnál az effektív dózis ugyanúgy,
mint a lakosságinál 3-10[mSv] között van meghatározva. A [Bq/m3]-ben megadott
radonkoncentrációt a jegyzet olyan vonatkoztatásban adja meg, hogy évi 7000 lakásban
vagy évi 2000 munkahelyen eltöltött óra 0,4 egyensúlyi tényező mellett. A közlöny,
említést tesz még továbbá az alapvető radonmentesítési eljárásokra is. Ilyen például a
talaj és az épület közötti nyomáskülönbség irányának a megváltoztatása, vagy maga a
radon forrás eltávolítása, ami a vízbázis és az alapkőzet eltávolítását, kicserélését jelenti.
Példa még radonmentesítési eljárásokra a radon és leányelemei koncentrációjának
felhígítása, amit el lehet érni szellőztetéssel, vagy magát az összkoncentrációt is lehet
csökkenteni pl. szűréssel. Azonban, amit a leggyakrabban látunk megvalósulni a
gyakorlatban, az a fentebb már említett különböző szigetelőanyagok felhelyezése a
falfelületre vagy a padlóra. (ICRP 65).
5.3.2 Hazai jogszabályozás
Magyarországon a 2000-ben hatályba léptetett 16/2000. (VI. 8.) EüM rendelet az
atomenergiáról szóló 1996. évi CXII. törvény egyes rendelkezéseinek végrehatásáról a
jogköteles.
Ez a kormányrendelet a munkahelyi sugárterhelésből származó
aktivitáskoncentrációhoz rendelhető cselekvési szintet 1000[Bq/m3]-ben határozta meg.
A sugárterhelés nem haladhatja meg a 100[mSv] effektív dózist, 5 naptári évre
summázva. Az effektív dózis egyetlen egy évben sem haladhatja meg az 50[mSv]
határértéket. Mindemellett, ha foglalkozási körülmények olyanok, hogy a többlet
sugárterhelés valószínűségét magával hozza, akkor az Országos Tisztiorvosi Hivatal
elrendelheti egy egyéni dozimetria rendszeres ellenőrzését valamint annak módját is
meghatározhatja. Az ajánlott, IRCP 65-ben meghatározott dóziskonverziós faktorral
(7,9×10-9
[Sv/Bqhm-3
]) és 0,4-es egyensúlyi tényezővel a fentebb említett 1000[Bq/m3]-
vel számolva 6,3[mSv] éves sugárterhelést jelent. A rendelet további kimondja, hogy
2003. január 1.-től kezdődően minden földalatti munkahelyen ellenőrizni kell a
radonkoncentrációt. Nem haladhatja meg a fenti értéket. Az ilyen munkahelyen
dolgozók és turisztikai látogatók potenciális jelöltjei a magas sugárterhelésnek. [16]
Ezen kívül – mely már nem a hazai egységes jogszabály alá tartozik –, az adott
munkahelyi létesítmény, saját maga is meghatározhat dóziskorlátokat.
Erre példa a Paksi Atomerőmű Zrt., ahol kevesebb, mint 20mSv/év van kitűzve a
létesítményen belüli dóziskorlátnak, szemben a hazai 50mSv/év effektív dózissal.
20
Például, a 2014 évi erőművi felmérést követően a legmagasabb sugárterhelés
11,12[mSv] volt, ami jelentősen alatta van a hatósági korlátnak. Az alábbi ábra (3. ábra)
szemlélteti 1983-tól 2014-ig személyi dózisokat a Paksi Atomerőmű Zrt. területén.
3. ábra: Személyi dózisok alakulása. A vízszintes tengelyen az évszámok, míg a
függőleges tengelyen [mSv]-ben kivejezett dózisértékek láthatók. (Sugárvédelmi
értékelés 2014-ben)
Az olyan munkahelyeken, ahol van sugárterhelés, ajánlott a személyi ellenőrzés
esetén az un. személyi dózisegyenérték használata [Hp(d)]. A d=10[mm] esetén az a
lágy szövetekre vonatkozó dózist jellemzi. [21]
5.3.3 EU BSS
Az ICRP 65-ös brossúrával szeretném összehasonlítani az Európai Unió 2014-
ben kiadott hivatalos jogszabályokról szóló közleményét (57. évfolyam.). A
kiadványban szó van az Európai Unió tagországaira vonatkozó a biztonsági
standardekről (basic safety standards). Ebben már meghatározták, hogy úgynevezett
referencia szinteket, azaz vonatkoztatási szinteket kell kiépíteni köz- és lakóépületekre,
valamint munkahelyekre. Jelen esetben a referencia szint azt jelenti, hogy az ebből
származtatott sugárterhelés az adott körülmények között már nem kívánatos
többletsugárzást mutat. (4. cikk 84. pont) A közlemény ajánlása az, hogy egyik esetben
sem lehet nagyon a koncentráció, mint 300[Bq/m3], viszont, ha mégis magasabb, mert
azt valamilyen különleges körülmény okozza, akkor azt jelenteni kell az uniós
21
bizottságnak. (54. 74. cikk) További az EU-BSS előírja, hogy a tagországok kötelesek
cselekvési tervet készíteni a már meglévő sugárzási helyzetekhez igazítva (100. cikk). A
radont egyaránt számításba véve hazai cselekvési tervet kell készíteni. Figyelembe véve
a radon-koncentráció hatására jelentkező sugárterhelést mind a munkahelyekre, mind
pedig a köz- és lakóépületekre. Ezen cselekvési terv elkészítésében figyelembe kell
venni különböző pontokat, melyeket a kiadvány XVIII. melléklete foglalt össze. A
tagállamoknak továbbá megfelelő intézkedéseket kell tenniük az új épületekbe való
radon-beáramlás csökkentése érdekében. Nemzeti feladat továbbá, hogy azonosítsák
azokat a területeket, ahol vélhetően a radonkoncentráció meghaladja a hazai
vonatkoztatási szintet. (103. cikk) Ezen Európai Uniós közlemény kapcsán fontos még
megemlíteni a 106. cikket, melyben azt ismertették, hogy a tagországok hatályba
léptetik azon rendeleteket, melyek eleget tesznek az irányelvnek legkésőbb 2018.
február 6-ig. [15]
5.3.4 Összehasonlítás
A munkahelyi sugárterhelést tekintve az ICRP 65 füzetben, a 2000,
munkahelyen eltöltött órák számát valamint a 0,4-es egyensúlyi faktorral alapul véve,
500-1500[Bq/m3] radonkoncentrációra esetén 3-10[mSv/év] effektív dózis van
kalkulálva. Ezzel szemben az EU-BSS olyan irányelvet jelöl ki, melyben a
radonkoncentráció nem haladhatja meg a 300Bq/m3 értéket 10mSv/év effektív dózis
esetén. Egy másik lényeges különbség, hogy az Unió lapja nem tesz különbséget lakó-
és munkahely között a megengedett radonkoncentráció kapcsán, hanem egységesen
kezeli őket. A harmadik fontos észrevétel, hogy az Európai Unió csak iránymutatásokat,
javaslatokat tehet, mert a Magyarországon figyelemmel kísért sugárterhelés okozta
dózist a Magyar Kormány fogja bírálni, elrendelni.
6. A mérési műszerek
6.1. RAD7 detektor
A RAD7 detektor alapelve a félvezető detektor (szilícium) és az ionizáló
sugárzás kölcsönhatásán alapszik. Ez a műszer az alfabomlását követően keletkezett
fémionok alfa-sugárzását detektálja, és energia spektrumuk alapján különíti el őket. Ez a
22
valóságban úgy működik, hogy a műszer egy kis nyíláson keresztül szívja be a levegőt.
Ezen a nyíláson van egy szűrő és egy páralekötő egység. A szűrőnek nagyon fontos
szerepe van, hiszen kiszűri a már korábban elbomlott radon leányelemeket. Azokat az
izotópokat akarjuk mérni, melyek a kamrában bomlanak el. A szűrő további feladata,
por és egyéb szennyező anyagok megkötése. A megszűrt levegő bekerül egy 0,7[dm3]
térfogatú tartályba, ahol a radon elbomlik. Ezen bomlás során a keletkezett alfa
részecskével ellentétes irányba lökődik ki az új fémion. Azonban a kamrára feszültség
van kapcsolva, így a keletkezett elektromos tér hatására, amely leányelemek más
útvonalon haladtak eredetileg, azok ennek hatására a detektor felé vándorolnak. Itt a
már említett félvezetőre kitapadnak és ezen leányelemek bomlásakor leadott energiát
detektálhatjuk. Ezek alapján tudunk következtetni az adott helyiségben jelen lévő radon
mennyiségre.
A műszer képes a különböző leányelemek megkülönböztetésére, így különböző
csatornákba sorolja a bomlástermékektől eredő beütéseket. A 0-10[MeV] közötti
energiájú alfa-részecskéket 200 csatornába gyűjti össze, 0,05[MeV]-s sávokként, majd
ezeket az A, B, C, D tartományokba osztályozza. Ezen ablakok a radon
bomlástermékeinek felelnek meg. Az „A” a keletkezett 218-Po izotópot reprezentálja,
ez az új radon. A „B” ablak a toron (220
Rn) első leányeleme a 216-Po izotóp. A „C”
tartomány a radon negyedik leányeleme az úgynevezett régi radon, a 214-Po izotóp.
Végül a „D” ablakba kerül a toron negyedik bomlásterméke a 212-Po izotóp, mely a
régi toron. Ezek rendre 6; 6,78; 7,69; 8,8[MeV] energiát adnak le. Mindezek mellett
megjelenik a kijelzőn az E, F, G, H csatornák valamelyike, melyek a fentebb említett
energiáktól eltérő energiákat detektálnak, és ezek együttesen adják az O ablakot. A
műszer és a spektrum az alábbi ábrán láthatók. (4. ábra, 5. ábra) [10]
23
4.ábra: Spektrum. 5.ábra: RAD7 detektor
6.2. Az MGP aeroszol detektor
A mérésekhez használt másik műszer, az egy MGP detektor volt, amit az erőmű
biztosított számunkra. Ezen műszer működése azon alapszik, hogy egy vékony
szűrőpapírra kitapadt aeroszol szemcséken végbemenő bomlásokat detektálja.
Egyszerre képes nézni az alfa-, béta-, gammabomlás sugárzását. Ez a szűrőpapír rá van
fogatva két, egymástól kb. 10[cm]-re lévő fém hengerre, mely bizonyos időközönként
elfordul egy irányba, így biztosítva a papír tovább haladását és új tiszta felület kerül a
detektorfej alá. A detektor két szilícium félvezetőből áll, amik igen közel helyezkednek
el. Az első félvezetőben az alfa-részecskék elnyelődnek rövid hatótávolságuk miatt. A
béta és gamma-kvantumok eljutnak a második félvezető detektorhoz, így tudjunk
elkülöníteni az alfa-bomlásoktól.
A rövid hatótávolságú alfa-részecskéknek 12[mm] vastagságú levegőrétegen kell
áthaladniuk a detektorig. Ennél fogva a detektor csak a lecsökkent energiát tudja
detektálni. A szűrőre az aeroszol-részecskék egy kör alakú területen képesek kiülepedni
a légbefúvó csőnek köszönhetően. A cső sugara 10[mm]. A filteren jelen lévő részecske
bomlása során kirepülő alfa-kvantum a tér minden irányába képes repülni, azonban a
detektor csak azt tudja mérni, ami, ami pontosan a felületére csapódik be. Egy
alumínium keret van elhelyezve a szűrő és a detektor között. Ez egy kör alakú test,
melynek magassága 7[mm.] Belül pedig 60º–onkénti térelválasztó lapokkal van
kiegészítve. A formája olyan, hogy az alfa-részecskék a kör egy hatodáról csak a
24
fölöttük található detektor azon körcikkére tudnak becsapódni, így a keret csökkenti a
megtett úthossz szórását. A többi részecske az alumínium felületén fennakad. (6 .ábra)
6. ábra: MGP Aeroszol detektor sematikus vázlata. (Strádi és Horváth, 2010)
6.3 AlphaGUARD detektor
A mérést egy Genitron Instruments által gyártott AlphaGUARD műszer tette
lehetővé. Ez egy hordozható, mobil detektor. Ez az eszköz a radon
aktivitáskoncentriációját méri. A műszer egy 0,62l térfogatú ionizációs kamrával van
ellátva.
Összehasonlítva a RAD7-es detektorral, itt is a vizsgálni kívánt levegő egy
szűrőegységen halad át. Részben azért, hogy a kiszűrje a radon leányelemeit, részben
pedig azért, hogy a detektor belsejét szennyezés mentesen tartsa. A kamra
hossztengelyében egy kifeszített elektród (katód) található. A katód és a kamra belső
fémburkolata között 750[V] feszültség alakul ki. A kamrából az elektromos jel a
katódon keresztül jön ki. (Genitron Instruments GmbH 1998) A műszert az alábbi ábra
szemlélteti (7. ábra).
7. ábra: AlphaGuard műszer. [23]
25
7. Mérési helyszínek és körülmények bemutatása
A mérési helyszínek kiválasztására nagy gondot fordítottam. Hiszen, szeretném
bemutatni, hogy a munkahelyi dózis korlátok nem csupán a kifejezetten nukleáris
létesítményekben kerülnek alkalmazásra. Számos munkakör van, ahol egy adott földtani
közeg szolgáltatja a radon forrását. Ilyen munkahelyek lehetnek kutatóaknák vagy adott
esetben természetes barlangok, ahol valamely turisztikához köthető munkavégzés
folyik.
7.1. Jánossy-akna
A kutató akna a Wigner Kutatóintézethez tartozik és a KFKI területén található
(Budapest 1121, Konkoly-Thege út 31-35). Az akna mélysége 32 m, és tíz méterenként
hat darab táró fut szét sugárirányban. Eredetileg a pontosan ismert geometriai
kialakítása miatt kozmikus müonök észlelésre, detektálásra használják. Mindemellett
számos más földalatti mérést lehetővé tett, pl. radon aktivitáskoncentráció
meghatározását. (Fizika szemle 2011/12) A kutató aknában egy RAD7 detektor lett
kihelyezve. A mérés paramétereit az alábbi táplázat reprezentálja (2. táblázat) A
szakdolgozat kivitelezése során, ebben az aknában az általam kihelyezett műszerrel
átfedésben mért egy, a Kocsonya András, a KFKI munkatársa által kihelyezett
AlphaGuard is. Dolgozatomban ezeket az adatokat is felhasználtam. Az AlphaGuard
mérési körülményei közül csak a mérés kezdete és vége az ismert. (2015. december 21.
11:00 – 2016. január 11. 11:00)
2. táblázat: Jánossy-akna
Helyszín Wigner Kutató Intézet Jánossy-akna,
Konkoly-Thege út 31-35.
–3. szint (folyosó közepén jobbra)
RAD7 gyári száma 40
Mérés kezdete 2016. január 8., 16:11
Mérés vége 2016. január 28., 15:03
T 1 óra
Adatfájl Janossy-akna-adat2.xls
26
7.2 MVM Paksi Atomerőmű Zrt.
A Paksi Atomerőmű Zrt., Somogy megyében, Paks városa mellett található,
közvetlen a Duna partja mentén. Levelezési címe: Paks, 8803/10 HRSZ, 7031. A
vállalat 1976-ban jött létre. Méréseimet az erőmű épületében végeztem. Mindkét
esetben a primer körben helyeztem ki detektorokat. Két RAD7-et és a két MGP
detektort, amit az erőmű biztosított számunkra. Az egyik helyiség egy karbantartó
csarnok, ahol különböző műszaki, gépészeti javításokat végeznek. A másik mintavételi
hely a hermetikus térben elhelyezkedő 305-s terem. Ez egy teljesen zárt helyiség, mely
a reaktor meghibásodása esetén a lokalizációs toronnyal együtt akadályozza meg a
radioaktív közeg szétterjedését a reaktorcsarnokban. (Fizikai Szemle, 1990/11)
Az alábbi két ábrán láthatóak a mérési paraméterek. (3. táblázat, 4. táblázat)
3. táblázat: Karbantartó helyiség
Helyszín PA ZRt., 2. blokk, 28 m-es szint,
karbantartó helyiség
RAD7 gyári száma 40
Mérés kezdete 2016. április 8., 10:13
Mérés vége 2016. április 25., 11:54
T 30 perc
Adatfájl RAD7 0040 2016-04-25.xls
4. táblázat: 305-s helyiség
Helyszín PA ZRt., 2. blokk, Hermetikus tér,
305-ös terem
RAD7 gyári száma 1620
Mérés kezdete 2016. április 8., 8:11
Mérés vége 2016. április 26., 9:51
T 30 perc
Adatfájl RAD7 1620 2016-04-26.xls
27
8. Mérési eredmények kiértékelése
8.1 Jánossy-akna mérési eredményeinek bemutatása és kiértékelése
A mérési időszakban az általam kihelyezett műszer (RAD7) mellett egy
AlphaGuard radonmonitor is mérte a radonkoncentrációt összehasonlításképpen. Az
első képen az AlphaGuard és az általunk kihelyezett RAD7-tel detektált radon-
koncentrációk adatai láthatók összehasonlítva. Látható, hogy a két műszer egyidejű
működésekor a mért koncentrációk teljesen fedésben vannak. Ezzel az átfedéssel
igazolható a másik műszer pontossága, precizitása. Hiszen az egyik mérés alátámasztja
a másik mérési eredményét.
A rózsaszín színkód az általunk kihelyezett műszer aktivitáskoncentrácóját méri,
míg a kék az AlphaGuard műszer eredményeit jelöli. A nagy aktvitás csökkenések
feltételezhetően a szellőzésnek köszönhetők. Ahol pedig magas értékek olvashatóak le,
ott szellőzés mentesen a barlang falából frissen beáramló radondús levegő állhat a
háttérben. (8. ábra)
8. ábra: A Jánossy-akna aktivitása. Kék – AlphaGuard, Rózsaszín – RAD7. X tengely:
a kihelyezéstől számított eltelt idő, Y tengely: koncentráció
A második ábrán szintén az AlphaGuard és a RAD7es műszerek által mért
értékek vannak szemléltetve (sötétkék), kiegészítve a folyamatosan detektált nyomással.
Hiszen az AlphaGuard képes mérni az aktivitás mellett a relatív páratartalmat, a
hőmérsékletet, és a nyomást is. Vízszintesen ugyanúgy ez eltelt órák száma látható,
28
mint az előző ábrán, a bal oldali ordinátán a [Bq/m3]-ben kifejezett aktivitás értékek,
míg a jobb oldalin a nyomás [mBar]-ban megadott változói.
Ezen az ábrán észrevehető, hogy az aktivitáskoncentráció és a nyomás között
kapcsolat van. Az ábra első szakaszában látható, hogy az aknában megvan az
egyensúlyi koncentráció, majd ezután a nyomás hirtelen lecsökkent. Ez
valószínűsíthetően a meteorológiai viszonyoknak köszönhető. A külső légköri nyomás
lecsökkent, így egy szívó hatás alakult ki az akna irányából a felszín felé. Ez azt
eredményezte, hogy a kőzettestből származó levegő áramlik be a barlang falán, aminek
az aktivitáskoncentrácója 10[kBq/m3] is lehet. Ez tudta pótolni az eredeti alacsonyabb
aktivitáskoncentrációjú levegőt. Ahol hirtelen lecsökkent a nyomás, ott ugrásszerűen
megnőtt a radonkoncentráció. Ahol pedig a nyomás megnőtt, ott a koncentráció
csökkent le. Ezekből látszik, hogy a nyomásnak hatása van a barlangi környezetben
jelen lévő radonra, korrelálnak egymással. Negatív korrelációt tapasztaltunk. (9. ábra)
9.ábra: Jánossy-akna nyomás, idő és radon koncentráció függvényében. A bal oldali
tengely a koncentrációt, a jobb oldali a nyomást, míg a vízszintes a kihelyezéstől
számított eltelt időt mutatja.
Dózisszámolás esetén a 5.4 fejezetben ismertetett dózisegyenlet alapján
szeretném beutatni a Jánossy-aknában mért aktivitáskoncentrációtól származó
sugárterhelést. Az fenti két ábráról leolvasva a RAD7 és az AlphaGuard detektorok által
mért értékeket akkor a következő eredményekre jutunk. Ezt szemlélteti az alábbi
táblázat (5. táblázat).
250[Bq/m3]×10[nSv/h/Bq/m
3]×250[h] = 625[Sv] = 0,625[mSv]
750[Bq/m3]×10[nSv/h/Bq/m
3]×250[h] = 1875[Sv] = 1,875[mSv]
29
5. táblázat: Dózisok
Aktivitáskoncentráció
[Bq/m3]
Eltelt Idő
[óra]
Dózis
[mSv]
Dózis/év
[mSv/év]
250 0-250 0,625 5
750 251-500 1,875 15
8.2 MVM Paksi Atomerőmű Zrt.
Az alábbi képeken láthatóak a speciális RAD7 detektor feldolgozó programjából
(Capture) kiexportált adatok. Ezeket excelben jelenítettem meg. A mérési eredmények
rámutatnak arra, hogy egy nagyságrendbeli aktivitáskoncentráció különbség van a két
helyiség között. Ez a deficit abból származhat, hogy míg egy karbantartó helyiségnek
viszonylag jó a légcseréje, mert van légbefúvás, addig a 305-s terem hermetikusan zárt.
Azonban a képeket látva felmerül a kérdés, hogy, ha a hermetikus tér teljesen
zárt, mégis hogy mutatkozhat meg ilyen szabályos görbe. Erre a valószínűsíthető válasz
az az, hogy a fal és talapzat repedésein keresztül bediffundál a levegő. Gyorsan
emelkedni kezd az aktivitáskoncentráció, ezután szinte függőleges meredekséggel
lecsökken. Feltételezhetően a gyors koncentráció gyökkenés egy légcserének,
szellőztetésnek tudható be. Ezután beáll az egyensúlyi radonkoncenráció.(10. ábra)
10. ábra: RAD7 305-s helyiség (Capture). X tengelyen a mintavétel dátuma látható, az
Y tengelyen pedig a radon aktivitáskoncentrációja.
30
A másik ábrán a karbantartó helyiségből vett mintavétel eredménye látható.
Leolvasható az alacsony aktivitáskoncentráció és a fűrészfogas szerű elrendeződés. A
karbantartó helyiségben rendszeres munkavégzés zajlik, ezért a levegő cseréje
elengedhetetlen. Ez a légcsere valószínűsíti az alacsony koncentrációt. A kiugróbb
értéknél látszik, hogy megnőtt az aktivitáskoncentráció. Feltehetően azért, mert nem
indították el a szellőztetést. A szellőztetés időszakaszairól, rendszeréről azonban
nincsenek adataink. (11.ábra)
11. ábra: RAD7 Karbantrató helyiség (Capture). X tengelyen a mintavétel dátuma
látható, az Y tengelyen pedig a radon aktivitáskoncentrációja.
A Következő ábra szemlélteti a karbantartó helyiség és a 305-s terem összevetett
adataid. Egymásra illesztve a kettőt, látható, hogy valóban van nagyságrendbeli
különbség az aktivitáskoncentrációt nézve (12. ábra).
31
12. ábra: RAD7 Karbantartó és 305-s helyiség. X tengelyen a mérések száma látható,
az Y tengelyen pedig a radon aktivitáskoncentrációja. Kék vonal – karbantartó helyiség,
piros vonal – 305-s terem, mozgó átlag – fekete vonal
A RAD7 műszerek mellett – mint az említve volt – , ki lettek helyezve MGP
aeroszol detektorok is a két helyiségbe. Az alábbi ábrán a karbantartó csarnokban felvett
spektrumok láthatók (ábra). A dolgozat beadásig a 305-s teremben mért adatok nem
kerültek feldolgozásra, így azok nem lesznek bemutatva.
Az alábbi képen látható a RAD7 és MGP detekorral mért értékek összevont
ábrája. Az MGP detektor excelbe importált állománya a beütészámokból és az
energiákból állt. Ezt át kellett alakítani aktivitáskoncentrációvá. A kék vonal nem más,
mint az (13. ábra) excelben tárolt 644. és 693. sora közötti beütések száma összegezve,
majd elosztva egy 2000-es osztóval. Ezzel a faktorral kaptunk meg a RAD7-el
összeegyeztethető aktivitáskoncentrációt. A célja az volt, hogy lássuk a két műszer mért
értékei egymásra jól illeszkednek.
32
13. ábra: MGP és RAD7 műszer a karbantartó helyiségben. X tengelyen az eltelt idő
látható, az Y tengelyen pedig a radon aktivitáskoncentrációja. Kék vonal – MGP, piros
vonal – RAD7, fekete vonal – mozgó átlag
Az 5.4 fejezetben ismertetett dózisegyenlet alapján szeretném beutatni a két
erőművi helyiségben mért aktivitáskoncentrációtól származó sugárterhelést. Ezeket a
számolásokat fogalalja magába az alábbi táblázat (6.táblázat)
Ez első példán kiszámolva:
- 4,09[Bq/m3]×10[nSv/h/Bq/m
3]×75,66[h] = 4946,15[Sv] = 0,005[mSv].
6. táblázat:Saját mérések
Szakasz Helyiség Aktivitás
koncentráció
[Bq/m3]
Időintervallum Órában
kifejezbe
Dózis
[mSv]
1 Karbantartó 4,09 4/13/16 12:29
4/16/16 16:07
75,66 0,005
2 Karbantartó 3,91 4/16/16 16:07
4/20/16 22:26
126,5 0,003
3 305 4,64 4/13/16 12:34
4/16/16 16:26
76 0,004
4 305 203 4/16/16 16:26
4/20/16 22:32
102 0,2
Dolgozatomban szeretnék az éves foglalkozási sugárterhelésre kitérni. Az erőmű
karbantartó helyiségében és hermetikus terében, ha az aktivitáskoncentráció eltérő
mértékű és a munkával eltöltött idő egy évben, 2000 óra, akkor az értékek a
következőképpen alakulnak. A fentebb leírt aktivitáskocentrációkat alapul véve, az
alábbi táblázatban vannak feltüntetve az éves dózisterhelések (7.táblázat).
33
Az első példát szintén a karbantartó helyiség első szakaszán reprezentálom.
- 4,09[Bq/m3]×10[nSv/h/Bq/m
3]×2000[h] = 4946,15[Sv] = 0,08[mSv].
7.táblázat: Saját mérések
Szakasz Helyiség Éves dózisterhelés
[mSv]
1 Karbantartó 0,08
2 Karbantartó 0,078
3 305 0,0928
4 305 4,1
Összességében elmondható, hogy a radonnak nagy szerepe van a természetes
háttérsugárzás alakulásában, a helyi körülményeknek megfelelően.
Összehasonlítva a két teljesen különböző körülmények között működő többlet
sugárterheléses munkahelyet, elmondható, hogy jelentős különbségek vannak a
koncentrációk között.
A Paksi Atomerőmű területén, noha vannak teljesen zárt helyek, mégis be tud
kerülni a radon diffúzió segítségével a benti légtérbe. A karbantartó helyiségnél még
inkább fontosabb az, hogy szellőztetve legyen a légtér, hiszen ott folyamatosan van
munkavégzés.
A Jánossy-aknát tekintve az radon sokkal könnyebben eléri az itthon hatályos
1000[Bq/m3] aktivitáskoncentrációjú cselekvési szintet. Az akna azonban nem egy
könnyen szellőztethető közeg. Vannak furatok, járatok, melyeken keresztül cserélődhet
a levegő, de a fentebb (9. ábra) bemutatottak alapján, a nyomáskülönbség okozta
koncentrációváltozás a döntő hatású.
A leírtak tükrében elmondható, hogy mindig szem előtt kell tartani és komolyan
kell venni a sugárterhelés miatt esetlegesen kialakuló többletdózisból származó
egészségügyi problémákat.
34
9. Összefoglalás
Szakdolgozatomban bemutattam a radont, mint potenciális lehetőségét a
természetes háttérsugárzásnak. Környezeti és egészségügyi szempontból a
háttérsugárzás részhányadán kívül a kémiai tulajdonságai miatt is jelentős.
Rámutattam, hogy a tüdőbe könnyen bejutva, és ott a leányelemek valamint a
keletkezett alfa-részecskék komoly egészségügyi kockázatot jelentenek.
Áttekintettem a hazai és nemzetközi sugárvédelmi rendszer előírásait.
Megvizsgáltam a Jánossy-akna és a Paksi Atomerőmű Zrt. területén mérhető
222Rn izotóp aktivitáskoncentrációját, majd ebből számoltam dózist. A mért
aktivitáskoncentrációt alapul véve kiszámoltam egy egész évre vonatkoztatott
foglalkozási (2000 óra) sugárterhelést.
Legvégül összehasonlítottam a két munkahelyet az eltérő körülmények miatt.
35
Summary
In my thesis I described Radon as a potentian source of natural background
radiation. It is also important ont he field of environment and health because of its
chemical properties.
I demonstrated that Radon easily get into the lung where it and daughter
elements with generated Alpha particles are able to cause serios damages to organs.
I reviewed domestical and international regulations of radiation protection
system.
I calculated dose according to my examinations of activity concentration of
Radon-222 at Jánossy-akna and Paks Nuclear Power Plant.
I calculated the exposure rate per year (2000 hours) based ont he measurement
activity concentration related.
36
Köszönetnyilvánítás
Szeretném megköszönni Családomnak a támogatásukat és a türelmüket. Szeretnék
továbbá köszönetet mondani mindazoknak, akik nélkül dolgozatom nem jöhetett volna
létre. Szeretném megköszönni konzulensemnek Horváth Ákos Tanár Úrnak, továbbá C.
Szabó Istvánnak és Sülyi Leventének, akik biztosították a mérési körülményeket és
adatokat.
37
10. Irodalomjegyzék
Pesznyák Cs. – Sáfrány G., 2013: Sugárbiológia pp. 13.
ICRP 65 Kiadvány, 1995, pp. 48-49.
Radványi P., 1996, A Radioaktivitás Felfedezése –Fizikai Szemle 1996/11. pp. 369.
Hraskó P., 2006, Epizódok a maghasadás felfedezésének történetéből. – TVFizika,
2016.01.24., 59-66. pp. 65.
Barnaföldi G. G. – Bencédi Gy. – Hamar G. – Melegh H. – Oláh L. – Surányi G. –
Varga D. 2011/12: Kincskeresés Kozmikus Müonokkal – avagy kozmikus
müondetektálás alkalmazott kutatásokban - Fizikai Szemle pp. 401.
Kiss Á. – Tasnádi P., 2012: Környezetfizika pp. 26-27.
Dr. Cs. Nagy G. – Dr. Nagy H., 2014: Radonmentesítés lehetséges műszaki megoldásai
pp. 15-16;
Nazaroff W., Nero A., Jr., 1988: Radon and its decay products in indoor air pp. 163.
Figure 5.2.
Strádi A. – Horváth A., 2010: Természetes és mesterséges radioaktivitás elkülönítése a
Paksi Atomerőmű légterében pp. 16.
Csordás J., 1990/11, Atomerőmű hermetikus terének lokalizációs rendszere. – Fizikai
Szemle pp. 331.
Internetes források
[1] https://goo.gl/0m5Tnn Felix F. Luykx and Martin J. Frissel, 1996 Radioecology and
the Restoration of Radioactive – Contaminated Sites 7. The natural radioactive
background (2016.03.28)
[2] http://goo.gl/uDgLPa (2016.02.28)
[3] http://goo.gl/jVrs3L (2016.02.25)
[4] http://goo.gl/KTTIHv (2016.05.01)
[5] http://goo.gl/CTCIpi (2016.03.31)
[6] http://goo.gl/r3Lj1g (2016.03.31)
[7] https://goo.gl/BSBFCE (2016.03.28)
38
[8] http://goo.gl/rNZYIn (2016.05.01)
[9] https://goo.gl/8boIoY (2016.05.05)
[10] http://goo.gl/IuVwlb (2016.05.05)
[11] http://goo.gl/MlmiwD (2016.05.02)
[12] http://goo.gl/8pNi7e (2016.05.01)
[13] http://goo.gl/Nk9TYd (2016.03.28)
[14] https://goo.gl/c1MpfE (2016.04.13)
[15] http://goo.gl/BX9hSX (2016.03.13)
[16] http://goo.gl/7FL8sK (2016.03.13)
[17] http://goo.gl/nLGLLj (2016.03.02)
[18] http://goo.gl/hx1DUa (2016.03.08)
[19] http://goo.gl/epkSQS (2016.03.28)
[20] http://goo.gl/7DFhBK (2016.03.30)
[21] http://goo.gl/XcNxdC (2016.03.5)
[22] http://goo.gl/kxyiOZ (2016.03.11)
[23] http://goo.gl/adCVYu (2016.03.17)