Nejnavštěvovanější odborný web
pro stavebnictví a technická zařízení budov

Měření a hodnocení významných zdojů přírodní radioaktivity

prof. Ing. Leonard Hobst , CSc., VUT v Brně

Recenzovaný

S přírodní radioaktivitou žije lidstvo po celou dobu svého vývoje. Účinky záření do jisté míry mohou ovlivnit evoluční vývoj života na Zemi. Je proto důležité zjistit, jakých hodnot může tato přírodní radioaktivita dosahovat na různých místech světa. Článek obsahuje některá zajímavá měření.

1. Úvod

Život na Zemi vznikl a vyvíjí se v podmínkách stálého působení přirozeného radioaktivního (RA) pozadí. Toto RA pozadí musí zřejmě hrát důležitou úlohu i ve vývoji živých organizmů, právě tak jako všechny ostatní látky a izotopy, které se účastní neustálé látkové přeměny v živém organismu a které mají i na člověka stálý vliv. Jelikož přirozené RA pozadí bylo v procesu vzniku a evolučního vývoje živých organizmů a tím i člověka přibližně stálé, působící stejně na všechny orgány a tkáně člověka, nevytvořila se u živých bytostí čidla, která by reagovala na ionizující záření určitým způsobem. Živé organizmy tudíž nemají odpovídající adaptační mechanismy, jimiž by se organismus mohl přizpůsobit možným změnám úrovně záření.

Na druhé straně se však předpokládá, že specifické, radiačně chemické reakce v organismu by bez účinku přírodního RA záření neprobíhaly. Následkem toho by všechny biochemické reakce probíhaly jinak a část by se vůbec neuskutečnila. Tato hypotéza se opírá o pokusy, jimiž byl prokázán příznivý vliv malých dávek záření (řádu přírodní radiace) na životní činnost rostlin a zvířat. Do současné doby však nemá uvedená hypotéza (teorie hormeze) dostatečné teoretické ani experimentální zdůvodnění. Spíše jsou proto zdůrazňovány možné negativní účinky záření, jako jsou škodlivé mutace a genetické následky [1].

2. Přírodní RA záření na Zemi

Obecně se zátěž přírodním RA zářením na Zemi uvažuje v průměru 2,8 mSv/rok/obyv. Jsou však známy oblasti na planetě Zemi, kde tyto průměrné hodnoty dávkového příkonu jsou až 50× překročeny (Brazílie – pohoří Minas Gerais). Toto přírodní pozadí je ve stručnosti tvořeno třemi zdroji (pominu-li radioaktivní draslík ve stravě).

Účinky radonu v obydlích – cca 50 %
Terrestrické záření (ze Země) – cca 34 %
Kosmické záření – cca 16 %

V různých částech Země se tento poměr zátěže přírodním RA zářením mění. Závisí to na geologickém složení podloží a na nadmořské výšce. Je proto žádoucí získat přibližný přehled, jaké hodnoty přírodního RA záření můžeme v jednotlivých částech Země očekávat.

3. Možnosti sledování RA záření

Obr. 1.: Hodinky Polimaster PM 1208M, osazené dozimetrem záření

Od objevu radioaktivity na konci 19. století byla zásadní snaha vědců věnována vývoji detektorů ionizujícího záření, neboť RA záření je našimi smysly nepostižitelné. Z původně velkých, hmotných a energeticky náročných detektorů se v průběhu století vyvinuly malé přenosné a dále miniaturní detektory, které je možné umístit např. do kapesních dozimetrů a dokonce do náramkových hodinek. Právě takové detektory, které jsou spojeny s pamětí, ve které jsou průběžně ukládány výsledky měření, umožňují průběžně monitorovat úroveň přírodního RA pozadí.

Pro monitorování RA pozadí v různých oblastech Země byly proto použity hodinky Polimaster PM 1208M [2], které měří příkon dávkového ekvivalentu ve velmi širokém rozsahu 0,01 až 10 000 µSv/h (10 nSv/h až 10 mSv/h), přitom je uváděna přesnost měření ±20 %, což je přesnost velmi dobrá, bereme-li v úvahu miniaturní rozměry GM-trubice, umístěné uvnitř náramkových hodinek. Kromě toho umožňují průběžně registrovat celkový nárůst dávkového ekvivalentu záření gama v širokém rozsahu 1 µSv až 9999 mSv. Navíc jsou hodinky vodotěsné až do hloubky 100 m. Hodinky s detektorem jsou schopny zaznamenat do paměti až 500 údajů v hodinových intervalech. Kapacita paměti tedy vystačí cca na 3 týdny měření. Zaplněnou paměť je pak nutno přes „infraport“ stáhnout do PC a po vynulování je paměť čítače připravena k dalšímu měření (obr. 1). Deklarovanou přesnost a rozsah měření výrobcem je však nutno ověřit. K tomu byl použit „Scintilační monitor dávkového příkonu NB 3201“, který je pravidelně ověřován metrologickým střediskem na EDU. Dlouhodobé měření přírodního pozadí (v rámci laboratoří VUT) prokázala nepatrnou odchylku (hodinky Polimaster – 14 µSv/h, NB 3201 – 12,5 µSv/h). Tento rozdíl v naměřených hodnotách se významně nezvýšil ani po přiblížení kontrolního zářiče (Cs 137) a tím zvýšení dávkového příkonu.

4. Příklady měření RA pozadí v různých oblastech Země

Měření v oblastech planety Země se uskutečnilo v rámci pracovních cest, resp. poznávacích cest. Prvá měření byla logicky uskutečněna v rámci pracoviště na VUT v Brně. Hodnota přírodního RA pozadí v Brně dosahuje v průměru 0,14 µSv/h, což je poměrně vysoká hodnota. V rozsahu 0,11 až 0,15 µSv/h jsou však i další města, jako je Vídeň, ostrov Madeira (P), Yellowstonský NP (US), Yosemitský NP (US) a Las Vegas (US). Jsou však i místa s vyššími hodnotami RA pozadí. V rozsahu 0,16 až 0,20 µSv/h se nachází Sao Paulo (BR), Rio de Janeiro (BR), Fortaleza (BR) a Singapur. Naopak k místům s nižším RA pozadím v rozsahu 0,06 až 0,10 µSv/h patří Praha, Paříž, Frankfurt n. M., a dále Brasília (BR), Wellington (NZ), Auckland (NZ), Salt Lake City (US), San Francisco (US) a Maledivy. K místům s nejnižším RA pozadím (0,03 až 0,05 µSv/h) patří většinou ostrovy a přímořská města jako Dubaj, Bahrajn, Doha, Sydney a Havajské ostrovy.

5. Průběžné záznamy měření RA záření při cestách po Zemi – příklady

S řádově vyššími hodnotami RA pozadí se pak můžeme setkat při cestování letadly. Letová výška cca 11 500 m nás částečně zbavuje stínících účinků zemské atmosféry proti kosmickému záření a RA pozadí měřená v letadle dosahují hodnoty 1,7 až 3,4 µSv/h. Při leteckém cestování se pravidelně setkáváme s podrobnou bezpečnostní kontrolou všech cestujících. Všechny kovové předměty včetně hodinek s dozimetrem prochází rentgenovou kontrolou, kdy použité rentgenové záření o mnoho řádů překračuje přírodní RA pozadí. Z tohoto důvodu jsou průběžné záznamy zobrazeny na semilogaritmickém papíru.

5.1 Konference ve Fortaleze (Br) 27. 3. až 4. 4. 2012

Pracovní cesta do Fortalezy byla zahájena z Vídně, přestup byl v Bruselu a v Lisabonu. Z grafu obr. 2 jsou patrné rentgenové kontroly na letištích a skutečnost, že v Lisabonu je velmi nízká hodnota pozadí RA záření (0,07 µSv/h). Průměrná hodnota RA pozadí ve Fortaleze je 0,16 µSv/h. Nad oceánem dosahovala hodnota RA pozadí cca 2,7 µSv/h. Zajímavý je též údaj z 2. 4. 2012, kdy náhle stoupla večer, ve 23:30 hod. hodnota RA pozadí z 0,11 µSv/h na 0,29 µSv/h a na původní úroveň se měření vrátilo po cca 18 hodinách.

Obr. 2.: Průběh příkonu dávkového ekvivalentu při cestě do Fortalezy [µSv/h]

5.2 Odborná exkurze do Brazílie 16. 3. až 28. 3. 2013

Odborná exkurze zahrnovala prohlídku staveb ve třech městech Brazílie a návštěvu světově známých vodopádů na řece Iguacu. Ze záznamu je patrná pravidelná rentgenová kontrola na letištích a různá hodnota RA pozadí v jednotlivých městech. Zajímavý je rozdíl RA pozadí v hlavním městě Brasília (0,07 µSv/h), přitom je toto město na náhorní plošině v nadmořské výšce cca 1100 m, a v Rio de Janeiru (0,18 µSv/h), kdy toto město leží u hladiny moře. Při příletu je pak patrný nárůst RA pozadí při přeletu z oblasti oceánu nad pevninu

Obr. 3.: Průběh příkonu dávkového ekvivalentu při cestě do Brazílie [µSv/h]

5.3 Odborná exkurze do Perského zálivu 28. 11. až 8. 12. 2014

Odborná exkurze se uskutečnila po zajímavých stavbách v oblasti Perského zálivu. Z grafu je zřejmé, že ve všech zemích – Omán, Bahrain, Katar a Kuvajt – jsou hodnoty RA pozadí velmi nízké – pohybují se kolem 0,05 [µSv/h]. Je to zřejmě způsobeno nízkou nadmořskou výškou a geologickým podložím v okolí Perského zálivu (Obr. 4).

Obr. 4.: Průběh příkonu dávkového ekvivalentu při cestě do Perského zálivu [µSv/h]

5.4 Pracovní cesta do „Spojeného ústavu jaderných výzkumů“ – DUBNA 14. 9. až 18. 9. 2015

V rámci pracovní cesty byly navštíveny různé ústavy, zabývající se výzkumem a aplikací ionizujícího záření. Cesta zahrnovala opět leteckou cestu z Prahy do Moskvy a zpět. Záznam prokázal v jistých etapách exkurze zvýšenou hodnotu příkonu dávkového ekvivalentu. Nebylo to tedy RA pozadí, ale účinek umělých zdrojů záření (obr. 5) Obě anomálie se vyskytly ve středu 16. 9. 2015. První, když probíhala exkurze u „pulzního reaktoru“ – zde dosáhla hodnota 0,33 µSv/h (5× více nežli RA pozadí). Druhé překročení bylo zaznamenáno u exkurze u „fázotronu“, jehož „temné bručení“ nevěstilo nic dobrého. Průměrná naměřená hodnota uvnitř stínící konstrukce fázotronu dosahovala 50 µSv/h (700× více nežli RA pozadí). Při prohlídce kanálu, který vyvádí urychlené protony z fázotronu, dosahovala hodnota až 167 µSv/h (2000× více nežli RA pozadí).

Obr. 5.: Průběh příkonu dávkového ekvivalentu při cestě do Perského zálivu [µSv/h]

6. Závěr

Měření úrovně RA pozadí v různých oblastech planety Země prokázalo jistou variabilitu, která je zřejmě zapříčiněna jednak nadmořskou výškou měřeného místa a též geologickým podložím. Měření prokázala údaje z literatury [3], ve které je uvedeno, že hodnota kosmického záření u hladiny moře dosahuje 0,03 µSv/h. Tato hodnota byla naměřena na Havajských ostrovech a ve státech v okolí Perského zálivu. Zvýšené RA pozadí při cestě letadlem v letové hladině 11 500 m je logické, nikoliv však všeobecně známé a leteckými společnostmi zdůrazňované. Je přibližně 30× až 50× vyšší, nežli RA pozadí na zemi. V průměru naměřená hodnota dosahuje 1,7 až 3,4 µSv/h (15 až 30 mSv/rok). Tyto naměřené hodnoty však platí ve středních zeměpisných pásech zeměkoule – přibližně do 60 ° severní či jižní šířky. Při letech přes zeměpisné póly se tato hodnota může zvýšit 3× až 5×, což je způsobeno tím, že magnetické pole Země, které se též podílí na radiační ochraně, klesá k pólům.

Další vysledovaný údaj z grafů je ten, že nad pevninou je hodnota RA pozadí vyšší než nad oceánem. Je to obecná vlastnost, která se projevuje jak nad Atlantickým, tak nad Indickým oceánem. Jako pracovní hypotézu mohu uvést, že se může jednat o rozdílnou vlhkost vzduchu nad oceány a nad pevninou. Větší vlhkost vzduchu (logicky) nad oceány by měla lepší stínící účinky vůči kosmickému záření.

Hodnoty přírodního RA pozadí i přes výše zmíněnou variabilitu by dle současných znalostí neměly mít negativní vliv na živé organismy, a tím i na člověka.

Pro ty, kteří mají zájem o měření radioaktivity prostředí, nejen u nás, ale i ve světě, byl v minulých letech zpřístupněn program SAFECAST (vznikl po havárii jaderné elektrárny ve Fukušimě). Program umožňuje zapojit se do měření přírodní radioaktivity kdekoliv na světě (přístroj s GM-počítačem je osazen i GPS). Výsledky je pak možno zprostředkovaně zadat do celosvětové databáze. Na odkazu www.safecast.org je znázorněna celosvětová mapa s vyznačenými měřenými místy. Myslím, že můžeme být hrdí na to, že kromě Japonska je právě naše země „nejproměřenější“ na světě. I z těchto měření je zřejmé, že jak Vysočina, tak Jižní Čechy mají nepatrně vyšší pozadí, což závisí především na geologickém podloží.

Poděkování

Příspěvek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LO1408 „AdMaS UP – Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie“ podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I“.

Literatura

Hobst, L.: Využití radiačních metod v geologii. Přednáška pro PGS, 1991
Firemní literatura firmy EMPOS spol. s r.o. (www.empos.cz)
RADIATION – Doses, Effects, Risks. UNITED NATIONS ENVIROMENT PROGRAMME, 1985, ISBN 92 807 1104 0

English Synopsis

Measurement and Evaluation of the Significant Sources of Natural Radioactivity

The natural radioactivity lives mankind throughout its development. The effects of radiation to some extent they can influence the evolutionary history of life on Earth. It is therefore important to determine what values the natural radioactivity would reach different locations of the world.