Fizikai Szemle |
Tartalomjegyzék |
Dezső Zoltán, Papp Zoltán, Daróczy
Sándor
KLTE Izotópalkalmazási Tanszék
Az elmúlt évtizedekben egyre szélesebb körben vált publikussá és ismertté, hogy a nukleáris ipar mellett még sok olyan emberi tevékenység létezik, amelyik - legalább is potenciálisan - a lakosság ionizáló sugárzástól származó sugárterhelését növelheti. A legismertebb, hogy a civilizált ember jól zárt lakásban él, ami az ott kialakuló viszonylag magas radon-koncentráció miatt közel kettes faktorral emelte a mérsékelt égövön lakó modern ember dózisát. Kevéssé ismert ugyanakkor, hogy a szén - különösen ha nagy teljesítményű hőerőművekben millió tonna számra égetik el - a füstgázok mellett a pernye és salak radioaktivitása révén is okozhat környezetszennyezést, még ha ez utóbbiak nem is globális, hanem mindössze helyi problémaként jelentkeznek. A földkéregben jelenlévő őseredeti radioizotópok koncentrációja a szénben rendszerint nem jelentős, nagy átlagban a talajban mérhető aktivitáskoncentrációkkal (AK) vehető azonosnak. Vannak azonban olyan szénlelőhelyek, ahol a geokémiai folyamatok uránnak szénben történő feldúsulását eredményezték. Az ilyen lelőhelyek száma világméretekben nem nagy. Az USA-ban bányászott szenekre vonatkozó felmérés szérint [1] a vizsgált 800 minta közül csak 25 esetében haladta meg az urán AK-ja a 100 Bq/kg értéket.
Magyarország a szenek radioaktivitása terén különleges helyet foglal el. Szalay Sándor már az 50-es évek elején felfigyelt a dunántúli szenek magas radioaktivitására [2]. Ezt a Velencei hegység és a Mecsek gránitjának évmilliók során történt lekopásával, illetve a belőlük oldatba ment radioelemeknek a szenekben való megkötődésével magyarázta. A különböző szerzők azóta publikált eredményei [3-5]megerősítik, hogy az urán AK-ja ezekben a szenekben szinte kivétel nélkül a 100200 Bq/kg tartományban mozog. A pécsi és komlói szénben a tórium AK-ja is figyelemre méltó (~100 Bq/kg [3]). A pálmát kétségtelenül az ajkai szén viszi el; irodalmi adatok szerint AK(238U illetve 226Ra) = 400-700 Bq/kg [6, 7].
táblázat
| A 226Ra aktivitáskoncentrációja többszelvényes ajkai talajmintában, Bq/kg | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Minta száma | Mintavétel mélysége, cm | ||||
| 0-5 | 5-10 | 10-15 | 15-20 | 20-25 | |
| A1 | 118±3 | 108±3 | 99±2 | 84±1 | 92±2 |
| A2 | 412±7 | 421±6 | 469±8 | 798±14 | 607±9 |
| A3 | 45±3 | 41±3 | 27±3 | 31±3 | 33±3 |
| A4 | 132±5 | 114±4 | 86±3 | 72±3 | 45±3 |
| A5 | 404±6 | 532±7 | 183±7 | 86±3 | 69±3 |
| A6 | 47±3 | 44±2 | 43±3 | ||
| P1 | 437±7 | 471±9 | 393±8 | 883±13 | 554±9 |
| P3 | 147±4 | 99±3 | 65±3 | ||
| P5 | 138±4 | 53±3 | 34±2 | ||
| B3 | 62±4 | 54±3 | 20±2 | ||
Az ajkai szén kiemelkedő urántartalma szakmai körökben már régóta ismert, ennek ellenére igen kevés erőfeszítés történt a helyi szénnel üzemeltetett Ajkai Hőerőműből (ma Bakonyi Hőerőmű) származó szállópernyeszennyezések radiológiai aspektusból történő vizsgálatára. Pedig ez tudományos szempontból is biztató eredményekkel kecsegtetett volna. A szénerőművek környezetében élő lakosság sugárterhelésével kapcsolatos külföldi vizsgálatokból [8, 9] ugyanis kiderül, hogy azok a környezeti elemek pernyeeredetű radioaktivitását illetően szinte kizárólag becsült adatok alapján végzett modellszámításokra korlátozódnak. Így nem meglepő, hogy az egységnyi elektromos energiára normált dózisnak a különböző szerzők által becsült értékei két nagyságrendet fognak át annak ellenére, hogy a vizsgált hőerőművekben elégetett szenek radioaktivitása és a fajlagos pernye-kibocsátás is viszonylag szűk sávban mozog. Világszerte kevés kísérleti vizsgálat történt a szénerőművek valódi radiológiai jellegű környezetszennyező hatásainak felmérésére. Ez valószínűleg azzal magyarázható, hogy a pernye radioaktivitásából számolt urán- és tórium- kibocsátások a modellszámítások szerint nehezen kimutatható változást okoznak a környező talaj és bioszféra természetes radioaktivitásában.
Ajkán a kísérleti fizikus jobb helyzetben van, mint a világ sok más helyén. Itt a bioszféra radioaktivitása nagyobb, könnyebben kimutatható. A több mint 50 éve üzemelő Ajkai Hőerőmű eddig körülbelül 1 millió tonna pernyét emittált a levegőbe, a város területén illetve közvetlen szomszédságában mintegy 11 millió tonna pernye és salak halmozódott fel. A pernye-emisszió intenzitása különösen a 80-as évek első felében volt jelentős (~45 000 t/év). A városra ülepedett pernye mivel radioaktivitása már Ajka-szerte ismert volt aggodalommal töltötte el a lakosságot. A társadalmi élet legutóbbi időkben bekövetkezett demokratizálódása vezetett oda, hogy 1990 óta több kutatócsoport is foglalkozni kezdett az ajkai radiációs helyzet vizsgálatával.
Jelen írás szerzői a Fizikai Szemle 1993/5 számában [10] már beszámoltak az ajkai pernyekibocsátással kapcsolatos kísérleti munkájuk első eredményeiről. Az Ajkán és környékén gyűjtött mohák vizsgálatából kiderült, hogy a szálló pernye ~80%-a az erőmű körüli körülbelül 20 km sugarú körön belül hullott ki, de jelenléte még a Balaton déli partján is észlelhető. 20 ajkai többszelvényes talajminta gamma-spektrometriai mérésének eredménye alapján a talaj legfelső, 0-2 cm-es szelvényében az 238U-sor tagjainak antropogén eredetű feldúsulását legalább 5,8-szorosra valószínűsítettük. A tapasztalt nagy inhomogenitások arra utaltak, hogy a múltban gyakori lehetett a salak/meddő felhasználása tereprendezési célokra. Végsősoron arra a következtetésre jutottunk, hogy a lakosság aggodalmaira adandó megalapozott és felelősségteljes válaszhoz elengedhetetlen a talaj széneredetű szennyezettségének részletesebb vizsgálata, továbbá helyspecifikus kísérleti adatokat kell gyűjteni a levegő, az ivóvíz, a legfontosabb növényi és állati termékek radioaktivitására vonatkozóan is. Ebben a cikkben az Ajka város Önkormányzata megbízásából az 1992-95 években végzett további munkánk legfontosabb eredményeit foglaljuk össze.
A talaj radioaktivitásának vizsgálata
A talaj szennyezettségének pontosabb megismerése érdekében a város területén további 18 többszelvényes mintát vettünk. A mintavétel, a mintapreparálás és a gammaspektrometriai mérés módja alapvetően megegyezett a már idézett munkánkban [10] leírtakkal. Lényeges különbség azonban, hogy ezúttal minden mintát zárt állapotban mértünk, azaz a 226Ra-ra és 238U-ra kapott AK-értékek az adott minta valódi 226Ra- és 238U-AK-inak tekinthetők.
61 talajszelvényre vonatkozó összes mérési eredményünk bemutatására itt nincs lehetőség, ezért a táblázatban csak néhány, tipikusnak mondható, a 226Ra-izotópra vonatkozó kísérleti adatot közlünk. Látható, hogy az a korábbi várakozásunk, miszerint a mélyebb (20-25 cm) rétegek vizsgálata alapján pontosítható a régi, szennyezetlen ajkai talaj AK(226Ra)-értékére [10]-ben becsült adatunk, nem teljesült. Két frissen ásott, körülbelül 1 m mély árok aljáról vett minta, valamint a többszelvényes minták két legalacsonyabb adatából származtattuk végül az AK(226Ra) átlagos geológiai értékét, melyre (AK(226Ra))geo = (25,0± 4,8) Bq/kg adódott.
A táblázat adataiból is kitűnik, hogy a városi talaj szenynyezettségét egyetlen paraméter segítségével jellemezni jószerivel lehetetlen. Ha a salak jelenlétére utaló néhány extrém nagy értéktől eltekintünk, akkor a dozimetriai szempontból legfontosabb felső 5cm-es talajréteg átlagos szennyezettségére reálisnak tűnő eredményt kapunk. 34 minta alapján (AK(226Ra))0-5 cm = (108± 64) Bq/kg.
Ez azt jelenti, hogy a város egész lakott területén a talaj legfelső rétegében az 238U-sor tagjainak AK-i a megfelelő geológiai AK-knál átlagosan 4,3-szer nagyobbak.
A mezőgazdaságilag hasznosított külső területekről, illetve a városi kertekből és udvarokból 40 egyszelvényes (0-20 cm-es) talajmintát vettünk és a már leírt módon preparáltuk illetve mértük őket. A mérési eredmények alapján ezek három, jól elkülönülő csoportba sorolhatók.
Az összes talaj-vizsgálati eredményből a legfontosabb következtetés az, hogy a talaj elszennyezéséhez a pernyével összemérhető, vagy annál is nagyobb mértékben járult hozzá a szén elégetésekor visszamaradt salak. Az Ajka környékén található szén kitermelése már több mint száz éve elkezdődött, így valószínű, hogy a salak jelentős része Ajka-szerte háztartási hulladékként került lerakásra.
A szálló por mennyiségének és radioaktivitásának vizsgálata
Mivel a radioizotópok inkorporációja részben belégzéssel történik, az ajkai radiációs helyzet felmérésének ki kell terjednie a levegőben jelenlévő por radioaktivitásának vizsgálatára is. A belégzési út dózisjárulékának becsléséhez végső soron az adott izotóp évente inkorporált összaktivitását kell meghatározni. Az ember légzési rátájának (m3/év)-ismeretében ez azt jelenti, hogy meghatározandó a szálló por évi átlagos tömegkoncentrációja (kg/m3) a földközeli levegőben és a kérdéses izotóp évi átlagos AK-ja a szálló porban (Bq/kg).
Ami a por tömegkoncentrációját illeti, az megfelelő szűrőberendezés segítségével gravimetriásan megmérhető. Az általunk használt mintavevő egy porszívóból, hitelesített gázórából és aeroszolok szűrésére alkalmas üvegszálas szűrőlapból állt. Az átlagos porkoncentráció reális felmérése érdekében az év időjárási szempontból jellemző szakaszaiban és a város több pontján vettünk pormintákat. Négy különböző időszakban összesen 23 mérést végeztünk. Eltekintve három, szélsőséges időjárási körülmények között végzett mintavétel eredményeitől, a kapott porkoncentrációk az 50-275 µg/m3 tartományban változtak. Minden évszakban nagyobb értékeket találtunk a zagytározó közvetlen szomszédságában fekvő és családi házas beépítésű tósokberéndi városrészen. A négy évszakra kapott porkoncentráció adatokat egyforma súllyal véve és a lakosság városrészenkénti eloszlását (itt nem részletezett módon) is figyelembe véve az ajkai évi átlagos porkoncentrációra kereken 100 µg/m3 adódott.
A fenti módon összegyűjtött por kis mennyisége és a gamma-spektrometriai módszer kis érzékenysége miatt a szálló por radioaktivitása a fenti porminták közvetlen méréséből nem volt meghatározható. Nagymennyiségű szállópor összegyűjtését az a tény tette lehetővé, hogy a por előbb-utóbb kiülepszik a földfelszínre. Ezért az olyan városi szilárd burkolatú felületek, ahová direkt módon nem kerül talaj, salak vagy pernye, alkalmas mintavételi helynek tekinthetők. Az ajkai Városgazdálkodási Vállalat segítségével ilyen helyekről 4 mintát gyűjtöttünk.
Szárítás és tisztítás után a 60 µm lyukbőségű szitán átszitált anyagból mintát készítettünk gamma-spektrometriai vizsgálatokhoz. A már hivatkozott módon elvégzett mérések eredményei szerint a 226Ra átlagos AK-ja 124 ± 2 Bq/kg, ami igen jól egyezik a talajok felső 5 cm-es rétegére fentebb nyert adattal. Az egyezés úgy interpretálható, hogy az ajkai levegőben lebegő por teljes egészében a helyi talajról való reszuszpenzió útján kerül oda. Az egyes AK(238U)/AK(226Ra) értékek &alfa; = 0,85-1,22 között mozognak, a súlyozott átlagérték és szórás (&alfa;) = 0,98 ± 0,15. Ez azt jelenti, hogy az 238U-sor tagjai a 238U-tól a 226Ra-ig radioaktív bomlási egyensúlyban vannak. Ebből következik, hogy AK(234U) és AK(230Th) a szálló porban megegyezik a 226Ra AK-jával. A minták AK(232Th)-értékei a 226Ra-tól eltérő tendenciát mutatnak. A belvárosi mintákra (AK(232Th)) = 32 Bq/kg, ami közel esik az ajkai talajokra kapott eredményekhez [11]. A tósoki por 232Th AK-ja ennél 40%-kal magasabb. Ezt a többletet kézenfekvő a közeli zagytározóból a szél által odaszállított vörösiszap (AK(232Th) = 290 Bq/kg) AK-növelő hatásával magyarázni.
Növényi és állati termékek radioaktivitása
A táplálkozási úton történő inkorporáció megbízható becslése érdekében 10 féle, helyben termelt zöldség illetve gyümölcs, valamint három féle takarmány 226Ra-tartalmát vizsgáltuk, összesen 29 mintán (ebből 9 Debrecenben gyűjtött kontrollminta). A minták nyers tömege 1-12 kg között változott. Tisztítás, darabolás, majd szárítás után az anyagot izzítókemencében 450 °C-on hamvasztottuk. A már leírt módon elvégzett aktivitásmérésekre mintánként általában 2-3 nap időt fordítottunk.
Az esetek nagy többségében AK(226Ra) értékére csak felső korlátot tudtunk megadni, ami a minta eredeti nyers tömegétől függően a 10-600 mBq/kg (nyers) tartományban mozgott. A kontrollmintákkal való összehasonlítás alapján a lucernát, egy burgonyát, a káposztát és a petrezselyemgyökeret tekinthetjük valamilyen mértékben 226Ra-mal szennyezettnek. Figyelembe véve [12] megfelelő referencia AK(226Ra)-adatait a burgonya esetén a szennyezettség ~7-szeresre, a káposzta esetén ~5-szörösre, a petrezselyem esetén pedig ~25-szörösre tehető. A nagy mérési hibával terhelt kevés számú kísérleti adat alapján az Ajkán termelt növények radioaktivitására a következő pesszimista becslés tehető: a burgonya, valamint a zöldség- és főzelékfélék többlet 226Ra AK-ja maximálisan 0,2 Bq/kg (nyers) lehet.
Az állati termékek közül a tyúkhús és a tojás radioaktivitását vizsgáltuk. A minták előkészítése a növényi termékekre fentebb leírt módon történt. A tyúkhús AK(226Ra)-értékére 3 minta alapján csak felső korlátot (0,2 Bq/kg (nyers)) tudtunk megadni. A 13 kistermelőtől beszerzett tojásra kapott átlageredmény és szórása: (AK(226Ra)) = (2,0 ± 1,1) Bq/kg (nyers).
A kontrollként vizsgált tiszántúli 2 tojásmintában csak ~100 mBq/kg a 226Ra AK-ja.
Az élelmiszerek vizsgálatát össszefoglalva elmondható, hogy azok közül egyedül a tojás 226Ra-tartalma számottevő. A szennyezett tojás kizárólag a régebbi építésű családi házas övezetek háztáji gazdaságaiból került ki. Ezek azok a helyek, ahol a talajra kapott mérési eredmények szinte kivétel nélkül mindenhol háztartási salak lerakására utalnak. Nyilvánvalóan innen ered a tojás igen nagy 226Ra-tartalma.
A lakossági többlet-sugárterhelés becslése
A már idézett UNSCEAR jelentés [12] a lakosság sugárterhelésének vizsgálatában azt á gyakorlatot követi, hogy időről-időre az éppen akkor érvényes (ismert) szituációnak (népesség száma, életkörülmények, tudományos ismeretek stb.) megfelelő állapotra végzi el az egy főre jutó, természetes forrásokból származó "háttér"-sugárterhelés becslését. Minden egyéb, ezen felül számítható dózist többletdózisnak tekint, ami az ember jelen vagy múltbeli tevékenységével kapcsolatos. Természetesen különbséget lehet tenni aszerint, hogy a többletdózis forrása a természetben eleve jelenlévő radioizotóp (az U- vagy a Th-sor tagjai), vagy mesterségesen előállított sugárzás illetve radioaktív anyag. Az előbbire példa a szén bányászata során, valamint erőművi vagy háztartási elégetése következményeként fellépő többlet-sugárterhelés. A bányászattal és az erőműben végzett tevékenységekkel összefüggő többletdózis tipikusan foglalkozási sugárterhelés, míg a környezeti elemek szénnel kapcsolatba hozható radioaktivitásától származó dózisok a lakossági többlet-sugárterhelés kategóriájába tartoznak. Az ajkai radiációs helyzet tisztázása éppen ezen többletdózis meghatározását jelenti. A becslés lényege abban áll, hogy az Ajka környéki szénnel kapcsolatos emberi tevékenység eredményeként a környezetbe kikerült radioizotópokkal és az egyes közegekre (talaj, szálló por, élelmiszer stb.) kísérleti úton meghatározott többlet AK-kal számoljuk a dózisokat az ICRP61-ben [13] ajánlott modell alapján. Ennek a módszernek az is előnye, hogy kevesebb olyan adat felhasználására van szükség a dózis becsléséhez, amelyek Ajkára vonatkozóan nem ismertek. Ezért mi is ezt az eljárást követjük.
A talaj vizsgálata során nyert eredményekből következik, hogy a megnövelt 226Ra-tartalom külső besugárzásból származó többletdózist eredményez. A 38 darab többszelvényes talajminta 226Ra adatai alapján az antropogén eredetű többlet mélységi eloszlása jól megbecsülhető. Ez a Saito és munkatársai által számított [14] tényező segítségével levegőben elnyelt dózisteljesítményre számítható át. A szabadban való tartózkodás idejét (~4,8 óra) és a lakosság korcsoportonkénti megoszlását is figyelembe véve a külső besugárzásból 53 µSv effektív dózis adódik. Ajkán az épületen belüli tartózkodás is járhat többlet-sugárterheléssel, ha az építkezéshez salakot, pernyét vagy meddőt használtak. A helyszínen szerzett információk, valamint a radonnal kapcsolatos ajkai méréseink [11] szerint az egyedi építésű (családi) házaknál sok példa található erre. Mivel az antropogén eredetű dózisteljesítmény-többlet a lakásokban közvetlenül nem mérhető meg, mi azzal a feltevéssel éltünk, hogy a családi házak alatt is szennyezett talaj van és ennek megfelelően ugyanakkora dózisteljesítmény-többlet lenne mérhető, mint a szabadban. Most 60% időhányadot alapul véve az ilyen lakásokban élő ajkaiakra ez 159 µSv évi effektív dózist eredményez. A lakásokra vonatkozó statisztikai adatok segítségével ebből 1,71 emberSv kollektív dózis adódik, ami ha az egész ajkai lakosságra átlagoljuk, akkor 49 µSv/év többletdózist jelent. Egy lakosra tehát évi 102 µSv külső forrástól eredő többlet-sugárterhelés valószínűsíthető.
A belső sugárterhelés kialakulásában a fő szerepet az inhalációs út játssza. Amint az ma már közismert, ebben kitüntetett szerepe van a radonnak. Jelentőségére való tekintettel ezért ezzel külön cikkben foglalkozunk [15]. Emellett említésre méltó lehet még a szállópor belégzéséből származó dózis. Fentebb tárgyalt kísérleti eredményeinkre támaszkodva ennek értékét is megbecsültük. Itt nem részletezett számítások és megfontolások alapján ez az érték egy átlagos ajkai lakosra 8,5 µSv/év. A Tósokon élőkre a magasabb porkoncentráció és az abban található Th-többlet miatt a többletdózis 24 µSv/év.
A szennyezett élelmiszerek fogyasztásából származó többletdózis becsléséhez kevés kísérleti adattal rendelkezünk. Az inkorporált többlet-radioaktivitás becslése sok, főként a fogyasztásra vonatkozó statisztikai adatot igényel. Külön gondot okoz, hogy a szennyezettnek talált élelmi anyagok a háztáji gazdaságokból, illetve a kiskertekből kerülnek ki. Valószínűsíthető, hogy időről-időre számottevő termékfelesleg is keletkezik az egyes gazdaságokban, ami azután helyben kerül értékesítésre. E nehézségek ellenére megpróbáltuk megbecsülni az évente inkorporált, antropogén eredetűnek tekinthető 226Ra, 210Pb és 210Po aktivitásokat. A fogyasztási struktúrára nézve országos statisztikai adatokat, a termelésre vonatkozóan helyieket használtunk. Külön vizsgáltuk a kertes házakban illetve a tömbházakban lakó ajkaiakat. Többlet-radioaktivitást csak a már korábban említett élelmiszereknél, az ott megadott mértékben tételeztünk fel. A részletek mellőzésével az alábbiakban adjuk meg az egyes lakossági csoportokra kapott lekötött effektív dózisokat. Eszerint a szennyezett élelmiszerből "önellátó" ajkaiak táplálkozásból eredő többlet-sugárterhelése 125 µSv/év, míg a legfeljebb hobby-kerttel rendelkező, illetve a felesleget elfogyasztó lakosokra ugyanez az adat mindössze ~9 µSv/év.
Az összesített dózisadatok azt mutatják, hogy indokolt volt a lakosság fenti két csoportra való bontása. A kertes házakban élők összes többletdózisa (a radon nélkül) 350 Sv/év, míg a tömbházakban lakók ennek csak egyötödét kapják. Mindkét csoportra igaz, hogy a fenti értékek közel 2/3-át a külső sugárterhelés teszi ki, amihez valószínűleg egymással összemérhető mértékben járul hozzá a hőerőművi pernye és a városszerte szétszórt salak. A táplálkozási úton elszenvedett dózis majdnem teljes egészében a salakkal szennyezett udvarokban tartott tyúkoktól származó tojástól ered.
Bizonyára felmerül az olvasóban a kérdés, hogy vajon a fent megadott dózistöbblet a lakosság egészsége szempontjából mekkora kockázatot jelent, hogyan viszonyul szabványban vagy rendeletben előírt dóziskorláthoz? Ami az utóbbi kérdést illeti, tudni kell, hogy a legújabb nemzetközi ajánlásokat, javasolt szabályozásokat a legtöbb szakember úgy értelmezi, hogy a korábbi (régi) emberi tevékenység következtében fellépő és a ma élő emberre megbecsülhető többletdózisra nincsen korlát. A gyakran emlegetett és a lakosságra vonatkozó 1 mSv/év határérték az új, sugárvédelmi szempontból még szabályozható tevékenységekre vonatkozik. Itt ugyanis még lehetőség van arra, hogy egy korlát szem előtt tartásával eleve úgy szervezzék meg a tevékenységet, hogy az sem a jelen, sem a későbbi generációkra nézve ne jelenthessen számottevő kockázatot. Ha az ajkai szén bányászata, valamint a korábbi gyakorlatot követő felhasználása ma kezdődne, és az ezen tevékenységből prognosztizált lakossági többlet-sugárterhelés 350 µSv/év lenne, az sugárvédelmi korlátozás nélkül folytatható volna.