Épített környezetünk természetes radioaktivitása



Amióta ember él a Földön, radioaktív sugárzásnak van kitéve, egyrészt a világűrből, másrészt a talajból és a lakóépületeink anyagában lévő radioaktív-izotópoktól ér minket sugárzás. Napjainkban egyre többet foglalkozunk a környezetvédelem problémáival, ezen belül lakókörnyezetünk állapotával. Így gyakran előtérbe kerül a lakóépületekben, illetve a munkahelyeken mérhető radioaktív sugárzás mértéke, és ennek sugár-egészségügyi hatása. Figyelmeztető jel, hogy az utóbbi évtizedekben tapasztalható rákos megbetegedések gyakorisága, a statisztikai adatok szerint, összefüggésbe hozható az épített környezetünk természetes radioaktivitásával.

A radioaktív elemek a Föld anyagában

A naprendszerünk, és benne a Föld, keletkezésére több elmélet is létezik. Tudjuk, hogy a csillagokban az energia felszabadulás magfúziós folyamatok eredménye, de ezek csak a vas (Fe) felépüléséig termelnek energiát, azon túl már nem. A vasnál nagyobb rendszámú elemek a szupernóvák robbanásakor keletkeznek, és a csillag köpenyével együtt a csillagközi térbe szóródnak szét. Valószínű így kerültek be a magasabb rendszámú radioaktív nehézelemek a születendő naprendszerünkbe és a Földünk anyagába.

Az atomok keletkezése és fejlődése. /dr. Orbán József/


Az atomok kötési energiája a tömegszám függvényében /dr. Orbán József/


A radioaktív sugárzás fajtái

A radioaktivitás a nem stabil magú (radioaktív) atomok természetes úton való elbomlása. Az atommagból részecskék kibocsátásával (sugárzásával) más, alacsonyabb energiaszintű és rendszámú elemek atommagjává alakulnak át. Ezeket nevezzük radioaktív elemeknek. A radioaktív sugárzás fajtái:
  • alfa (α) bomlás, 2 db. proton és 2 db. neutron, vagyis egy hélium (4He) atommag válik ki
  • béta (β) bomlás, atommag neutronjából proton lesz, elektron kibocsátása (sugárzása) közben
  • gamma (γ) sugárzás során igen nagy intenzitású energia távozik, fotonként.
Az atommagok fúziója és bomlási folyamatai

A vasnál könnyebb atommagok fúzióval (pl. H→He), a nehezebb magok pedig fisszióval (bomlással, pl. U→Th→Ra) érnek el energetikailag stabilabb állapotot. Fúzió során, kis rendszámú elemek (pl. H) egyesülnek és nagyobb tömegszámú (pl. He, C, N) atommag jön létre, és ez által kötési energia szabadul fel. Radioaktív bomlás során a nehéz atommag (pl. urán) kisebb tömegszámú (pl. tórium) atommá alakul, α- bomlással, jelentős energia felszabadulás mellett.

A radioaktív izotópok bomlása

Egy adott sugárzó anyag aktivitása megmutatja, hogy másodpercenként hány atom bomlik el. Mértékegysége a Bq (Becquerel). A radioaktív izotópok radioaktív sorokat alkotnak, és jellemző rájuk, hogy bomlásuk következtében ismét radioaktív elemmé alakulnak, (pl. U-urán, Th-tórium) Tucatnyi bomlás (α és γ sugárzás) után jutnak el a stabil (Pb) ólomig

Radioizotópok bomlási sorozata /dr. Orbán József/


Építőanyagok természetes eredetű radioaktivitása

A régebbi építésű lakásokban intenzíven sugárzó építőanyagokkal találkozhatunk, mint például kohósalak- és pernyebeton falazóelemek, erőműi- és kazánsalak hőszigetelő feltöltések. Tatabányán, Ajkán, Oroszlányban és Pécsett is bányásztak olyan szenet, amely jelentős radioaktív elemeket tartalmazott, ami a szén elégetése során a visszamaradt salakban és pernyében tovább koncentrálódott. Az Építéstudományi Intézetben végzett vizsgálatok megállapították, hogy a pécsi pernye 10-szer, a bánhidai pernye 40-szer, az ajkai pernye-, illetve salak közel 100-szor több radioaktív anyagot tartalmaz, mint például az átlagos talajkörnyezetünk.
A természetes radioizotópok (226Ra, 232Th, 40K) koncentrációiból átlagos rádiumekvivalens “Raekv” értéket számítanak. Magyarországi építőanyagok rádium-ekvivalens értékei és felhasználhatóságuk:

//


//


A radioaktív radon keletkezése és egészségkárosító hatása

A radon egy radioaktív elem (nemesgáz), ami a talajból, vagy az épületeink anyagából kidiffundálva a szoba légterében feldúsul, és mi belélegezzük. Radioaktív - bomlása során rövid élettartamú bomlástermékeket (leányelemeket) hoz létre, melyek egészségkárosodást okozhatnak.
A radon keletkezése és bomlása:
//


Ahol: 4He - α részecske, β - a bomlást kísérő gammasugárzás

//



Radon leányelemei, mint például a radioaktív polónium izotóp, képesek ráülni a levegőben lebegő parányi porszemekre és aeroszol szemcsékre (pl. dohányfüstre), s így csoportosulva megtapadnak a légutak belső falán. Ott a polónium néhány percen belül elbomlik, még mielőtt el tudna távozni a légutakból. Bomlása során alfa-sugárzással, néhány mikrométeres távolságban rendkívül nagy szövetkárosodásokat okoz a tüdősejtekben.

Az építmények légterének radon koncentrációja:                  
  • Átlaglakás                                      50 Bq/m3                 
  • Szellőzetlen szoba                         100 Bq/m3
  • Pince, alagsor                                300 Bq/m3
  • Erősen radon szennyezett lakás    1.000 Bq/m3
  • Barlang                                          1.000÷7.500 Bq/m3
//



Egy ember átlagosan évi 3,1 mSv (milisivert) dózist nyel el. Ezt a sugárdózist okozhatja, a talajból és az építőanyagainkból a levegőbe diffundáló radon, a háttérben állandóan jelen lévő kozmikus sugárzás, illetve gyógyászati röntgenvizsgálatok. A légcsere gyorsításával lehet a radon-koncentrációt csökkenteni, pl. egy hő visszanyerő szellőző rendszer beépítésével. A talajból származó radon ellen védelmet nyújt, ha közvetlenül az épület alatt csökkentjük a levegő nyomását a padló alatt elhelyezett elszívó dréncsövekkel, esetenként radon-kutak létesítésével. A természetes sugárterhelésünket tovább növeli hogy az épületek energiatakarékos hőszigetelése során beépített korszerű nyílászárók nagymértékben meggátolják a légcserét.

Összefoglaló záró gondolatok

Az épített környezetünk természetes radioaktivitásával foglalkozó szakirodalmi anyagokból azt is láthatjuk, hogy a radioaktív sugárzás életünk része, és nélküle nem tudunk élni. Arra a kérdésre, hogy a minket ért természetes radioaktivitásból eredő sugárdózist célszerű-e mindenáron egy küszöbérték alá csökkenteni, ma még nem adja meg a tudomány a választ. Ugyabis a szakirodalom a példák tucatjaival igazolja a 20-30 mSv/év dózist kapott egyéneknél ennek az előnyös sugáregészségügyi vonzatait. Éppen ezért még nem tiszta előttünk annak a sok korlátozó intézkedésnek a szükségessége sem, amivel a lakosságot védeni kívánják a természetes radioaktivitástól, ami az építőanyagokra is vonatkozik.




Nanotechnológia építő-anyagipari alkalmazása


A nanotechnológia építőipari alkalmazási lehetőségei közül a hőszigetelés az a terület, ahol legszembetűnőbb az eltérés a normálméretű- és a nano szerkezetű anyagok tulajdonsága és viselkedése között. A nanoméretű porozitás esetén, az anyagok hővezetési tényezője, már nem arányos a testsűrűséggel, mint ahogy ezt legtöbb építőanyag esetében tapasztaljuk. Az eltérő hőszigetelési tulajdonságok csak fokozódnak, ha az anyag hőszigetelését nem a pórusrendszerébe bezárt levegő adja, hanem egy vákuumtér.


Alacsony hőmérsékletű, folyadékalapú geotermikus rendszerek hosszú távú megújulásának modellezése


Geotermikus energia alatt a földi hőáram következtében a földkéregben mindenütt jelenlévő nem szoláris eredetű belső hőt értjük. Mivel a földhő a többi megújuló energiaforrással ellentétben nem a Napban végbemenő termonukleáris reakcióból ered, ezért a szó szoros értelmében a geotermikus energia nem is nevezhető megújuló energiának (Böszörményi, 2008). Az általánosan elfogadott nézet mégis az a geotermikus energiával kapcsolatosan, hogy a technikai-társadalmi rendszerek időskáláján megújuló energiának tekinthető, mivel geológiai léptékben mérhető időre nincs szükség a regenerációhoz.