Radiace kolem nás

Úvod

To, co naměří přístroj Safecast (nebo kterýkoliv jiný běžný radiometr), je výsledná hodnota dávkového příkonu způsobeného zářením gama z různých zdrojů. Jedná se o přírodní zdroje (kosmické záření, záření z horninového podloží nebo záření z přírodních radionuklidů v živých organismech, včetně člověka) a zdroje záření vzniklé v důsledku lidské činnosti (např. záření stavebních materiálů nebo radioaktivních prvků uniklých při jaderných testech nebo haváriích).

Na následujícím obrázku jsou znázorněny zdroje záření gama, které se podílejí na výsledné hodnotě zobrazené na přístroji. (Ačkoliv všechny živé organismy a z nich odvozené materiály obsahují také radioaktivní uhlík ¹⁴C, není tento izotop v obrázku uveden. Uhlík ¹⁴C není totiž zdrojem záření gama a přístroj Safecast ho proto nedetekuje.)

Jak poznáte z obrázku podle velikosti šipek, mnohé z těchto zdrojů přispívají tak nepatrně, že jejich příspěvek přístroj Safecast vůbec nezaznamená (ukazuje výsledek pouze na 3 desetinná místa), měřené hodnoty jsou navíc ovlivněny přirozeným kolísáním přírodního pozadí, které je způsobeno pravděpodobnostním charakterem radioaktivní přeměny.

Kosmické záření

Kosmické záření k nám proniká skrze atmosféru z kosmického prostoru. Jeho zdrojem jsou různé procesy ve vesmíru, zahrnující výbuchy supernov, záření kvasarů, černých děr atd.

Atmosféra nás před kosmickým zářením stíní - tj. snižuje množství kosmického záření dopadajícího na povrch země. Čím jste výše nad hladinou moře, tím je vrstva atmosféry tenčí a tím více kosmického záření přístroj (např. detektor Safecast) naměří.

Voda záření stíní, dokonce mnohem více než vzduch. Pod vodou by v určité hloubce mohlo být kosmické záření zcela odstíněné. Podobně je tomu pod zemí, tam převažuje záření z horninového podloží.

Na území České republiky se příspěvek kosmického záření pohybuje zhruba v rozmezí 0,03 - 0,07 μSv/h, ale například v dopravním letadle v běžné cestovní výšce kolem 10 km dosahuje hodnot přes 3 μSv/h.

Záření z horninového podloží

Zdrojem radioaktivity hornin jsou přírodní radioaktivní prvky, které jsou v nich obsažené. Největší podíl má radioaktivní izotop draslíku ⁴⁰K, jehož koncentrace v horninách zemské kůry je několik hmotnostních procent. Dále jsou to izotopy uranu a thoria a produkty jejich přeměny (zahrnuje i radon a jeho dceřiné produkty). Jejich množství v hornině je řádově 10 000x nižší než draslíku, přitom jejich příspěvek k naměřené hodnotě je nižší pouze 10krát.

Pokud je přístroj nad zemí, ukazuje záření z pevného povrchu. Na vodní hladině je mezi přístrojem a horninami na dně vysoký sloupec vody, který záření zeslabuje, a proto je hodnota na přístroji nižší (pro zjednodušení předpokládáme, že horniny zobrazené na obrázku stejnou barvou jsou homogenního složení).

V horninovém podloží ČR je obvyklý příkon záření gama na zemském povrchu v rozsahu od 0,006 do 0,245 μSv/h. Zvýšené hodnoty dávkových příkonů lze nalézt v některých oblastech se žulovým podložím nebo v oblastech bývalých ložisek uranových rud. Nejnižší hodnoty dávkového příkonu se vyskytují v oblastech s vápencovým podložím, mramorem apod.

Hodnoty na přístroji přirozeně kolísají

Pokud bude přístroj měřit delší dobu na stejném místě, naměřené hodnoty budou mírně kolísat - nikdy se nestane, že by přístroj ukazoval stále stejné číslo. Toto kolísání je dáno podstatou radioaktivní přeměny.

Ukázka kolísání hodnot dávkového příkonu při měření přístrojem Safecast na jednom místě (při pevném umístění)

Příklady některých volně dostupných materiálů s vyšší radioaktivitou

Minerál smolinec / uraninit UO₂

Smolinec, správně zvaný uraninit, má chemický vzorec UO₂ (tj. oxid uraničitý), je nejdůležitější rudou uranu a radia. Uran bývá v rudě doprovázen dalšími prvky, jako např. síra, olovo, antimon, arsen.

Ukázka smolince, vlevo celý vzorek, vpravo detail “ledvinek” smolince

Upozornění: vzorky (minerály, půdy nebo předměty), jejichž radioaktivitu chcete zjistit, vložte raději před měřením do plastového sáčku, abyste přístroj chránili před možným znečištěním.

V závislosti na velikosti samotného vzorku i množství smolince ve vzorku můžete naměřit různě vysoké hodnoty dávkového příkonu. Zde byl přístroj Safecast přiložen přímo k plastovému sáčku (ten průchodu záření gama nijak nebrání) se vzorkem smolince a naměřený dávkový příkon se pohyboval kolem 170 microSv/h. Takový vzorek není sice bezprostředně zdraví škodlivý, ale rozhodně není vhodné uchovávat jej dlouhodobě např. na pracovním stole, v ložnici nebo na poličce v obývacím pokoji, aby nedocházelo ke zbytečnému ozařování osob.

Měření dávkového příkonu smolince, vzorek je v plastovém sáčku pod přístrojem

Minerál radiobaryt (Ba,Ra)SO₄

Jedná se o baryt s obsahem radia ²²⁶Ra. Je to esteticky velmi pěkný minerál, který se běžně prodává. Lze jej získat na různých mineralogických burzách, u některých prodávaných vzorků lze naměřit dávkový příkon až 0,5 microSv/h, viz tento vzorek.

Vzorek s krystaly radiobarytu, Jeníkov u Teplic

U tohoto vzorku radiobarytu jsme přístrojem Safecast položeným přímo na vzorku (vzorek opět v plastovém sáčku) naměřili dávkový příkon téměř 0,8 microSv/h.

Měření dávkového příkonu radiobarytu, vzorek je v plastovém sáčku pod přístrojem

Typická česká lokalita výskytu radiobarytu je Jeníkov u Teplic - více informací najdete zde. V anglojazyčných zdrojích ho najdeme pod názvy radium-bearing barite / radiobarite / radian barite, podrobnější informace a více fotografií najdeme např. zde na Mindat.org.

Uranové sklo

Pohár z uranového skla

Uranové sklo je sklo charakteristické výrazné žlutozelené barvy, zbarvené příměsí uranu. Často se z něj vyráběly různé ozdobné poháry a jiné dekorační předměty. Poměr uranu ve skle se pohybuje obvykle okolo 2 %, lze však najít i některé výjimečné kousky, kde dosahuje poměr uranu až 25 % (zdroj Wikipedia a Oak Ridge Associated Universities).

Měření dávkového příkonu uranového skla

V našem případě jsme naměřili hodnoty kolem 0,3 microSv/h.

Historické letecké “budíky”, kompasy, hodinky ap.

Zvýšenou radioaktivitu lze zjistit rovněž na některých historických předmětech (buzoly, budíky, kompasy), u nichž se fluorescenční (ve tmě svítící) barvy s obsahem radia ²²⁶Ra používaly na popisky ciferníku, ukazatele apod.

Historický kompas

V našem případě byly naměřeny hodnoty téměř 25 microSv/h.

Historický kompas

Další ukázky historických výrobků využívajících radioluminiscenční barvy najdete zde (anglicky), více podrobností ohledně použitých barev najdete v angličtině zde.

Dnes se na hodinky apod. používají materiály na bázi hlinitanu strontnatého (SrAl₂O₄) s příměsí europia nebo dysprosia (podrobnější informace viz Wikipedia. Ze stejného materiálu jsou např. samolepící hvězdičky do dětských pokojů, které po zhasnutí světla ve tmě nějakou dobu svítí. Tento materiál není radioaktivní.

Ukázka ve tmě svítících ("glow in the dark") korálků, z neradioaktivního materiálu na bázi hlinitanu strontnatého

Tritiové přívěsky apod.

Tritiové světelné zdroje - GTLS (gaseous tritium light source) - jsou tvořeny zatavenou skleněnou ampulkou obsahující plynný radioaktivní izotop vodíku - tritium. Tritium při radioaktivním rozpadu produkuje záření beta, které dopadá na vnitřní stěnu skleněné ampulky pokryté luminiscenčním materiálem a vzniká viditelné světlo. Množství tritia použité v takové ampulce je velmi malé a záření beta má velmi malou pronikavost a v cestě mu stojí skleněná stěna ampulky a u přívěsků navíc i poměrně silné plastové pouzdro.

Tritiový přívěsek za denního světla (nahoře) a za tmy (dole)

Tyto výrobky (přívěsky na klíče, hodinky se svítícími ručičkami, kompasy apod.) jsou v ČR i v dalších zemích ve volném prodeji a nejsou nijak regulovány. Státní úřad pro jadernou bezpečnost (SÚJB) považuje rizika spojená s těmito výrobky za z hlediska radiační ochrany zanedbatelná a výslovně uvádí:

SÚJB tedy považuje za prokázané, že zdravotní riziko spojené s ozářením fyzické osoby způsobené manipulací s uvedenými výrobky je dostatečné nízké a lze jej považovat z hlediska radiační ochrany za zanedbatelné, resp. nevyžadující regulaci.

Zdroj: SÚJB, Opatření obecné povahy, Vyvěšeno dne 21. 10. 2019, Č. j.: SÚJB/OEHO/19870/2019 https://www.sujb.cz/fileadmin/sujb/docs/radiacni-ochrana/OOP_spotrebnivyrobky.pdf

Draselné hnojivo

Draselné hnojivo obsahuje zhruba 80 - 250 gramů draslíku na kilogram hnojiva. Pouhých 0.01% z tohoto draslíku tvoří radioaktivní izotop 40K, který je zdrojem záření gama. Teoreticky bychom měřením 1 kg hnojiva mohli ve vzdálenosti 1 metr naměřit 0,00004 - 0,00012 microSv/h, v praxi nemáme ale šanci takto malý příspěvek záření přístrojem vůbec zaznamenat.

Ukázky dalších materiálů najdete například na webu Danyk.cz. Danyk uvádí hodnoty dávkového příkonu v uR/h (microR/h). Abyste dostali hodnoty v microSv/h, je potřeba dávkový příkon v microR/h vydělit 100 - tj. 100 uR/h = 1 microSv/h.

Radioaktivita potravin

Protože mnohé radioaktivní prvky jsou běžnou součástí živých organismů vč. našich těl (např. radioaktivní draslík K-40 nebo uhlík C-14), takže je samozřejmě najdeme i v potravinách, které jíme. Ať už jde o potraviny čerstvé (ovoce, zelenina) nebo nějak zpracované.

Radioaktivní banány a kanci...

V médiích jste možná narazili na články píšící o tom, že banány nebo kanci jsou radioaktivní.

Na webu časopisu 100+1 například najdete článek ze 4.8.2016 nazvaný "Nebezpečná žlutá pochoutka: Je pravda, že jsou banány radioaktivní?"

Článek na časopisu 100+1 - klepnutím na obrázek přejdete na celý článek

Web iDNES.cz publikoval 7. září 2014 článek zvaný "Radioaktivní kanci žijí i v Česku. Lidé se ale bát nemusí, říká expert"

Článek na iDNES.cz - klepnutím na obrázek přejdete na celý článek

Ani v jednom případě nejde o nic, čeho bychom se měli obávat. Izotop draslík K-40 se v banánech vyskytuje ve velmi malém množství. V případě kančího masa a Cesia 137 pak situaci pečlivě hlídá veterinární správa.

Lze radioaktivitu potravin měřit například přístrojem SAFECAST?

Některé z našich uživatelů přístrojů SAFECAST již napadlo, zda by si nemohli změřit, jak je daná potravina "radioaktivní". Následující obrázek uvádí, jaký dávkový příkon byste teoreticky přístrojem SAFECAST mohli naměřit, pokud by 1) přístroj tak malý příkon vůbec dokázal detekovat a 2) pokud by přístroj měřil pouze záření gama z měřeného vzorku.

Příspěvek dávkového příkonu od průměrného člověka a některých potravin, část 1

Což je dost nereálné, s ohledem na hodnoty příkonu z přírodního pozadí ČR:

- kosmické záření 0,03 - 0,07 microSv/h

- horninové podloží 0,006 - 0,245 microSv/h

Ani v případě již zmíněných "radioaktivních kanců" to není tak jednoduché. Příspěvek dávkového příkonu od vzorku je vyšší, než např. od banánů, ale pořád je relativně nízký s ohledem na citlivost přístroje a příkon od přírodního pozadí:

Příspěvek dávkového příkonu od některých potravin, část 2

Jak tedy měří radioaktivitu potravin profesionálové?

V profesionálních laboratořích se používají mnohařádově citlivější a také mnohem dražší polovodičové detektory z čistého germania umístěné v olověném stínění. I tak probíhá standardní měření jednoho vzorku od několika hodin až po mnoho dnů. Na obrázku níže je zjednodušené schéma takového detektoru v olověném stínění pokrytém z vnitřní strany vrstvou elektrolytické velmi čisté mědi.

Zjednodušené schéma laboratorního detektoru ve stínění

Při vlastním měření je vzorek v plastové nádobce na detektoru ze všech stran obklopen olovem, aby se odstínilo přírodní pozadí. Celá sestava samozřejmě zahrnuje složitou elektroniku a software na zpracování naměřených dat. Germaniový detektor je navíc potřeba chladit na nízkou teplotu, k čemuž se obvykle používá kapalný dusík (-195,79 °C), skladovaný ve velkých termoskách - tzv. Dewarových nádobách.

Zajímavosti z oblasti radioaktivity

V této sekci Vám představíme výběr zajímavostí, které se nějakým způsobem týkají radioaktivity, či ionizujícího záření a o kterých jste možná nevěděli.

Přírodní jaderný reaktor

Pod pojmem "jaderný reaktor" si asi každý z vás představí složité technologické zařízení, jako najdeme například v jaderných elektrárnách Temelín a Dukovany a velmi podobná i v elektrárnách po celém světě.

Pohled do aktivní zóny školního reaktoru VR-1 „Vrabec“ v pražské Troji.

Ne každý ale ví, že obdobu jaderného reaktoru bylo možné nalézt i v přírodě. Tímto unikátem je lokalita Oklo (Gabon, Afrika), kde byl reaktor objeven roku 1972 v místě uranového dolu. Podnětem k průzkumu bylo zjištění, že místní uranová ruda má nezvykle nižší podíl štěpitelného uranu 235.

Vědci zjistili, že v místě ložiska došlo k postupně k přirozenému nahromadění “paliva” a samovolnému nastartování štěpné reakce asi před dvěma miliardami let. V "provozu" zde bylo cca 16 “reaktorových zón” o výkonu kolem 100 kW, přičemž štěpná reakce probíhala po dobu přibližně 150 tisíc let.

jeden ze vzorků z lokality věnovaný Přírodovědeckému muzeu ve Vídni, foto: LUDOVIC FERRIÈRE/NATURAL HISTORY MUSEUM

odhalený vnitřek jedné reaktorové zóny, foto: US DEPARTMENT OF ENERGY

Reference:

Přírodní jaderný reaktor - Wikipedie; https://cs.wikipedia.org/wiki/Přírodní_jaderný_reaktor

Meet Oklo, the Earth’s Two-billion-year-old only Known Natural Nuclear Reactor - IAEA; 10.8.2018; https://www.iaea.org/newscenter/news/meet-oklo-the-earths-two-billion-year-old-only-known-natural-nuclear-reactor

Praktické informace týkající se ionizujícího záření

Pokles intenzity se vzdáleností, stínění, čas expozice.

Dávkový příkon vs. dávka

Dávkový příkon je definován jako dávka obdržená v daném místě ozařovanou látkou za jednotku času, tedy poměr přírůstku dávky za časový interval. V praxi se nejčastěji setkáme s jednotkami Gray nebo Sievert za hodinu, resp. variantě vhodnější pro běžné použití - µGy/h (mikroGray za hodinu) nebo µSv/h (mikroSievert za hodinu), kterou používá i přístroj Safecast, nebo fixní stanička Ramesis. Dávka je pak "množství" absorbované energie za udávaný čas - hodina, měsíc, nebo např. rok.

Zjednodušeně lze rozdíl vysvětlit takto - napouštíme na zahradě bazén - průtok vody z hadice do bazénu je "příkon", množství vody, které za určitý čas napustíme do bazénu je "dávka" vody, kterou bazén za daný čas obdrží.

Zjednodušené vysvětlení rozdílu mezi dávkovým příkonem a dávkou

Pokles dávkového příkonu se vzdáleností vč. ověření pomocí jednoduchého experimentu

Intenzita záření a tím i dávkový příkon jsou nepřímo úměrné druhé mocnině vzdálenosti od zdroje záření. Tj. intenzita záření klesá s kvadrátem (druhou mocninou) vzdálenosti od zdroje. Tento vztah jde snadno ověřit v praxi, jak Vám ukážeme. Měřili jsme přístrojem SAFECAST bGeigie Nano, který si od nás můžete zapůjčit i Vy. Jako zdroj záření gama jsme použili vzorek smolince, který lze získat např. na některých mineralogických burzách apod. Smolinec jsme umístili do plastového sáčku - tím zabráníme, aby se nám případný prach nebo úlomky smolince dostaly na přístroj, nebo na koberec doma. V našem případě také sáček usnadnil zavěšení vzorku na stojan.

Věci potřebné k experimentu

Jako stojany jsme použili dva běžné levné fotografické stativy, které jsme nastavili tak, aby vzorek smolince v sáčku na jednom stativu i přístroj SAFECAST (resp. střed kulaté mřížky) na druhém stativu byly ve stejné výšce a mřížka přístroje vždy mířila přímo na smolinec. Jde především o to, aby záření ze vzorku nebylo příliš stíněné zemí. Místo stativů lze obdobně využít např. stojany na kabáty nebo dvě židle.

Uspořádání experimentu

Dále potřebujeme metr na měření vzdálenosti mezi stojany, stopky či něco na měření času. Pokud máme v místě experimentu signál GPS - tj. přístroj SAFECAST se po zapnutí (např. na okně) "chytne" a zapisuje na kartu, využijeme přímo data ze záznamu. Pokud se GPS "nechytne", musíme si hodnoty zapisovat.

Postupně měníme vzdálenost mezi oběma stojany a v každé vzdálenosti měříme přibližně 10 minut - s nějakou rezervou, abychom mohli později odstranit data z úseku, kdy stojany posouváme. V zájmu předběžné opatrnosti je vhodnější pohybovat se stojanem s přístrojem a druhý stojan se smolincem ponechat ve fixní poloze. Poznamenání času začátku a konce měření zpracování dat usnadní (berte v potaz rozdíl 1-2 hodiny mezi lokálním časem a UTC časem, co používá SAFECAST / GPS). Nakonec provedeme ještě měření ve stejné místnosti a umístění přístroje poté, co smolinec zcela odneseme pryč.

V našem případě se GPS v místnosti "chytla", takže přístroj zapisoval výsledky na microSD kartu a výsledný LOG soubor jsme po převodu naším LOG2CSV převodníkem mohli snadno zpracovat v tabulkovém procesoru jako je LibreOffice Calc nebo Microsoft Excel. Na základě našich poznámek jsme podle časů měření "vyřízli" data pro vzdálenosti 0, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5 metrů vzdálenost (mezi přístrojem a smolincem), tak, abychom měli měření za stejný časový úsek (10 minut) a vypočítali průměrný dávkový příkon pro každou vzdálenost.

Výsledný graf pěkně demonstruje rychlý pokles příkonu se vzdáleností - už 0.5 metru od zdroje činí pokles téměř 95%:

Graf poklesu příkonu se vzdáleností. (Poz. u vzdálenosti 0 metrů je "vyseknutá" oblast 10-130 microSv/h aby byly ostatní sloupce při lineárním měřítku vůbec vidět

V pěti metrech od smolince pak byl příkon srovnatelný s přírodním pozadím, což bylo potvrzeno srovnávacím měřením ve stejném uspořádání, poté, co jsme smolinec odnesli. Vzdálenost také patří mezi jeden ze základních faktorů ochrany před zářením. Proto se také při práci se zdroji záření používají různé manipulátory apod., pro měření vysokých dávkových příkonů pak detektory na dlouhé tyči atd.

Na stránce se pracuje - těšit se můžete například na:

Ozáření ze stavebních materiálů v domech

Odkazy

MonRaS - Monitorování radiační situace https://www.sujb.cz/aplikace/monras/?lng=cs_CZ

Kosmické záření http://astronuklfyzika.cz/JadRadFyzika6.htm#KosmickeZareni

Hodnoty pro záření z horninového podloží https://www.suro.cz/cz/faq/jake-hodnoty-davkoveho-prikonu-muzeme-v-cr-ocekavat

Základní způsoby ochrany před zářením, RNDr. Vojtěch Ullmann http://astronuklfyzika.cz/RadiacniOchrana.htm#ZpusobyOchrany

GTLS (zdroj světla) https://cs.wikipedia.org/wiki/GTLS_(zdroj_světla)