Мерна серија на радионуклиди во воздухот близу до земјата во Брауншвајг

историја

„Радиоактивноста во воздухот“ првпат стана позната на пошироката јавност по експлозиите со нуклеарно оружје над Хирошима и Нагасаки. Во периодот што следеше, концентрациите на активност на вештачки радионуклиди во воздухот во близина на земјата се зголемуваат стабилно поради трката со вооружување меѓу тогашните вооружени држави. Во Германија, за прв пат во 1953 година беа откриени свежи фисиони производи на планината „Шауинсленд“ близу Фрајбург им Бреисгау од тогашниот Институт за атмосферска радиоактивност на Федералната канцеларија за цивилна заштита, кој сега е дел од Федералната канцеларија за заштита од радијација. Во 1955 година, германската метеоролошка служба има законски мандат редовно да ја мери радиоактивноста во воздухот и врнежите на станиците на нејзината метеоролошка мрежа.

Во 1963 година, PTB започна редовни мерења на радиоактивноста во воздухот близу до земјата. Долго време, мерењата се вршеа како дел од истражувачки проекти кои служеа за споредба на концентрациите на активности во северна Германија и Скандинавија. Во Германија, на почетокот на мерењата на оружјето, загадувањето на остатокот од животната средина и човечкиот синџир на храна што произлезе од контаминацијата на воздухот беше измерено од многу федерални власти (денешни контролни центри), државни органи, универзитети и истражувачки институти. По несреќата на реакторот во Чернобил во 1986 година, мерењата на радиоактивноста на животната средина беа реорганизирани, а до тогаш беа усогласени различните пристапи за постапките за мерење и проценка, што значително ја подобрува споредливоста на добиените резултати од мерењето. Во тоа време, мерната станица на ПТБ во Брауншвајг беше интегрирана во новосоздадениот ИМИС како една од 14-те германски точки за мерење на траги.

Оттогаш, мерењата на трагите се вршат во рамките на ИМИС со цел да се набудуваат постојните концентрации на активности и да се препознаат нивните трендови. Сепак, оваа рутинска задача повеќе паѓа во полето на општо набудување на животната средина или во областа на радиоекологијата. Двете други мерни цели спаѓаат во претпазливост на заштита од зрачење во потесна смисла

да се постигне „можно време на предупредување“ за подготвителни мерки во случаи во кои, со помош на траги од карактеристични вештачки радионуклиди, многу рано се открива облак што се приближува, и
Да има достапни измерени вредности за да се изврши „определување на нула ниво“, што е потребно во случај на нова контаминација за проценка на нејзините последици.

Европската унија (ЕУ) работи од редовната мрежа „ретка мрежа“ во ЕУ за чувствителни мерења на радионуклидите во животната средина од 2001 година. За таа цел, измерените вредности од неколку избрани мерни станици „претставници“ на соодветните региони на земјите-членки се земени од национални мрежи за мерење на извештаи на ЕУ за радиоактивност на животната средина. Едно од четирите точки за мерење на траги за надзор на воздухот во Германија за „Регионот Север“ е станицата ПТБ во Брауншвајг.

Откако на 10 септември 1996 година беше усвоен „Договорот за забрана на нуклеарно тестирање“ (ЦТБТ) во Генералното собрание на ООН, беше воспоставена светска мрежа за набудување за да се провери усогласеноста со овој договор. Оваа мрежа е управувана од организација со седиште во Виена („Сеопфатна организација за забрана на нуклеарно тестирање“, CTBTO) и се заснова на светски мерни станици за сеизмика, инфразвук, хидроакустика и исто така вештачки радионуклиди во воздухот. Германскиот придонес кон оваа мерна мрежа се опишани на почетната страница на BfS под „Messstation Schauinsland“ и Федералниот институт за геолошки науки и суровини (BGR).

Резултати од радиоекологија и мерење

Графиконот „Радионуклиди во воздухот близу до земјата“ покажува кои радионуклиди се јавуваат во воздухот во близина на земјата и колкав е опсегот на концентрации на активност.

Забележете дека единицата "Bq/m 3" е избрана тука за средната концентрација на активност. Меѓутоа, вообичаената единица за мерења на трагите е „микро-Бекерел“ на метар кубен (μBq/m 3), поради што оваа единица е најпосакувана за репрезентациите на долгорочните мерни серии. За илустрација: Префиксот „микро“ значи „милионити“, т.е. Х. ако тековната концентрација на активност на радионуклид е 1 μBq/m 3, само еден атом се распаѓа на 1 милион секунди во просек во еден кубен метар воздух (што одговара на околу 11,5 дена).

Краткорочни серии за мерење

Ако се мери зголемена концентрација на активност од 137 C во примерок од прашина од воздух, се поставува прашањето дали станува збор за влез на „свежи“ 137 C или дали зголемувањето е забележано поради варијација на „старата“ контаминација. Затоа ги споредуваме просечните концентрации на активност на 137 C со оние од 40 K. Оправдано е дека алкалните елементи се однесуваат многу слично затоа што или се силно врзани за честичките од прашина на воздухот или се содржани во нив.

Со набудување на односот на активност A (137 Cs)/A (40 K) во неделната пепел од воздушна прашина и споредување на вредностите со ветерот и временските услови што владеат при земањето на примерокот, може да се извлечат заклучоци дали измерените 137 C потекнуваат од локална прашина или на пр. . Б. бил донесен со прашина од областите во Источна Европа кои биле посилно контаминирани од несреќата во Чернобил. Таквиот запис треба да доведе до зголемување на односот на активност. Од друга страна, треба да биде можно да се детектираат влезови од 40 K кои се предизвикани од примена на ѓубрива на соседните полиња или потекнуваат од други извори.

Како што се очекуваше, повторените набудувања првично покажуваат квалитативно дека типичните вредности на односот на активност A (137 Cs)/A (40 K) можат да бидат доделени на различни извори. За да се одреди односот на локалната активност, беше спроведено γ-спектрометриско мерење во летото 2002 година на кое се внесе 40 K од оксидирачките агенси (на пр. KClO4) содржани во новогодишниот огномет. Максималната вредност прикажана на дијаграмот (беше измерена во примерокот од новогодишната ноќ 2003/2004).

За време на сезоната на растење, придонесите од ѓубрива, исто така, можат да придонесат за концентрација на 40 К активност. Општо, кога се земаа примероци за една недела, правецот на ветерот се смени само, така што не е можно јасна распределба на записите на еден извор, бидејќи неколку можни извори може да придонеле истовремено.

Сезонската флуктуација на концентрацијата на активност од 40 K и 137 C е прикажана на дијаграмот 2003 година. Најверојатно изворите се наведени во полињата.

Споредбата на односот на активност A (137 Cs)/A (40 K) во 3 и 8 недела од 2003 година покажува како влијаат различните услови на ветрот. Прикажани се часовните средни вредности на правецот на ветерот, измерени од DWD, Центар за агрометеоролошки истражувања Брауншвајг (ZAMF). Кардиналните точки се дадени во степени: север = 360 ° (или 0 °), исток = 90 °, југ = 180 ° и запад = 270 °. Сепак, само насоката на ветерот малку кажува за претходно покриената патека на воздушните маси, а со тоа и за потеклото на радионуклидите. Овие можат да се одредат само попрецизно со пресметки за метеоролошка дисперзија или пресметки на траекторија извршени од ДВД во Централната канцеларија во Офенбах.

Примерот покажува типична состојба на западен ветер во третата недела со незначително мал западен ветер од приближно 6%. Во 8-та недела ова е приближно 51%, а ветерот доаѓа претежно од североисточниот сектор.

Те молам забележи:
Обично дијаграмот се ажурира веднаш штом ќе заврши евалуацијата на γ спектарот. Вообичаените времиња на мерење се околу една недела, така што може да се одреди радионуклидот 22 Na прикажан во серијата долгорочни мерења. Затоа, резултатите од мерењето на радионуклидите кои емитуваат γ може да се надополнат најрано приближно 1,5 недели по завршувањето на земањето мостри.

Долгорочна серија за мерење

Општо, концентрациите на активност на вештачки радионуклиди во воздухот во близина на земјата паднаа откако договорот за забрана за нуклеарни тестови стапи на сила во 1963 година. Меѓутоа, бидејќи не сите држави со нуклеарно оружје го потпишаа договорот, тестовите за нуклеарно оружје се вршеа во отворена атмосфера до 1980 година, како резултат на што свежите фисиони производи се искачија во стратосферата. Оттаму се вратија на површината на земјата кон крајот на пролетта/почетокот на летото, бидејќи во овој период од годината има посилна вертикална размена на воздух поради затоплувањето на атмосферата. Ова може јасно да се види на дијаграмот „7 Be и 137 Cs во воздухот близу до земјата во Брауншвајг од 1963 година“ на долгорочната серија мерења на производот за фисирање 137 Cs и 7 Бидете формирани од космичко зрачење до 1986 година.

Сепак, поради несреќата во нуклеарната централа во Чернобил во април истата година, внесени се толку многу 137 ЦС, што ефектот повеќе не може да се забележи. Денес има претежно 137 C во воздухот, кој се вртеше од земјата (технички „прераспределен“), така што можниот ефект како резултат на траги од оружје што паѓа од стратосферата веќе не може да се мери.

По несреќата на реакторот во Фукушима, Јапонија, предизвикана од земјотрес и последователно цунами во март 2011 година, се вршеа дневни мерења во ПТБ. Откако контаминацијата се смири на вредностите под границата на откривање што може да се постигнат со дневни мерења, периодите се продолжија на два или три дена. Резултатите покажуваат дека највисоките дневни вредности на контаминација на воздухот од 131 I кога минаа првите две „облаци“ беа на ниво на концентрација на активност на природниот радионуклид 7 Be и брзо исчезнаа. Влијанието на 137 C ослободени во Фукушима е јасно видливо во прикажувањето на месечните просечни вредности во серијата долгорочни мерења од Брауншвајг, но е околу илјада до неколку десет илјадитинки од врвните вредности измерени по несреќата во Чернобил. Преглед на контаминацијата на воздухот измерена во Европа по несреќата во Фукушима може да се најде во литературата.

Долгорочната серија на мерења достапна во PTB за природно радиоактивните нуклиди, кои секогаш се содржат во воздухот близу до земјата, започнува во различно време. Главните причини за ова се, од една страна, малата концентрација на активност на некои радионуклиди и, од друга страна, аналитичките и метролошките подобрувања што може да се постигнат само постепено. Големо подобрување беше, на пример, развој на гама спектрометрија со висока резолуција со спектрометри на германиум. Тие овозможија да се измерат многу радионуклиди кои емитуваат гама зраци директно во примерокот, без да ги подложат на радиохемиска анализа пред мерењето, во кое загубите на активност се обично неизбежни.

Радиоактивни нуклиди, се разбира

Кривите на двата радионуклиди 7 Be и 22 Na формирани од интеракцијата на космичкото зрачење со атомите на атмосферата (= „космогена“) покажуваат јасна годишна варијација во приближно константен опсег. Максимумот е на крајот на пролетта или почетокот на летото, а минимумот во зима, бидејќи пропустливоста на тропопаузата варира со годишните времиња. Подолга периодична промена е импресионирана на кривината од приближно единаесетгодишниот циклус на сончеви дамки, бидејќи со голема соларна активност се намалува протокот на космички честички во близина на земјата, што исто така ги намалува стапките на формирање од 7 Be и 22 Na.

Слично на 210 Pb, 40 K секогаш се содржат во прашина од воздух. Како 238 U или 232 Th, 40 K е „исконски радионуклид“ кој не се распаднал откако е формиран заедно со останатите хемиски елементи пред околу 4 до 5 милијарди години. Неговиот полуживот е околу 1,3 милијарди години. 40 K е присутен како алкален метал практично насекаде во нежива и жива природа.

Луѓето имаат специфична активност од околу 50 Bq 40 K на килограм од нивната телесна тежина. Оваа средна вредност помножена со телесната тежина на читателот резултира со број од 40 K атоми што се распаѓаат во телото на читателот секоја секунда. Во овој момент има смисла да се спореди оваа активност со концентрациите на активност на природните радионуклиди во воздухот близу до земјата. Од една страна, станува јасно колку чувствително може да се измерат радионуклидите во воздухот, а од друга страна, сопствените активности на телото со кои луѓето живеат сè додека човештвото веќе постои.

Во прикажаната серија на долгорочни мерења, може да се види дека просечната месечна концентрација на активност од 40 K се намалува од крајот на 1980-тите, што може да се објасни со општите напори да се задржи чист воздух и модернизација на системите за индустрија и греење.

Вештачки радиоактивни нуклиди

Те молам забележи:
Обично дијаграмот се ажурира веднаш штом ќе се добие резултатот од γ-спектрометриското мерење на последниот неделен примерок. Рутинските процедури за радиохемиско раздвојување и чистење на α-зраците или β-зраците што емитуваат радионуклиди не се спроведени на квартални, туку на месечни примероци од јануари 2007 година и одземаат многу време. Покрај тоа, z. Б. за одредување на 238 Pu, потребни се мери последователни мерења до шест недели по примерок. Затоа, сегашните резултати од мерењето на мониторингот на животната средина на изотопите на стронциум, ураниум и плутониум можат да бидат внесени во овој дијаграм само со соодветно одложување.

Дијаграмот ја прикажува долгорочната серија на мерења на оние вештачки радионуклиди кои редовно се мерат во Брауншвајг како дел од интегрираниот систем за мерење и информации IMIS. Резултатите од мерењето од времето пред 1987 година доаѓаат од работата што се спроведуваше во контекст на истражувачки проекти кои беа сумирани во извештајот на ПТБ од 1992 година.

85 Kr и 133 Xe
За да се утврдат овие два радиоактивни благородни гасови, PTB зема неделни примероци и ги испраќа претходно исчистените примероци на благороден гас до Федералната канцеларија за заштита од зрачење во Фрајбург. Таму примероците понатаму се чистат, криптонот и ксенонот се одделуваат со гасна хроматографија и на крај се мерат радиометрично. Измерените вредности за 133 Xe прикажани во кривата се во опсегот на остварливите граници на откривање од неколку мили-бекерели на метар кубен (mBq/m 3). Поради својот краток полуживот од 5,3 дена, 133 Xe е индикатор за ослободување од извор во кој се одвива нуклеарна фисија или до кратко пред ослободувањето.

85 Kr е радионуклид кој се јавува и по природа и се формира од човечки активности. Тоа произлегува природно од космичкото зрачење, како и од спонтаното расцепување на ураниум. Тоа произлегува вештачки преку фисија во нуклеарно оружје или нуклеарни реактори. Тој е единствениот вештачки радионуклид што во моментов може да се мери редовно, чијашто концентрација на активност во воздухот не се намалува, но се зголемува полека поради нејзиното ослободување при повторна обработка на потрошеното нуклеарно гориво. Полуживотот од 85 Kr е 10,6 години. Неговата стапка на ослободување ја надминува стапката на распаѓање од радиоактивното распаѓање, така што во Германија е забележано годишно зголемување од приближно 30 mBq/m 3, што е во согласност со глобалниот тренд. Во периодот помеѓу приближно 2002 и 2004 година, нивото очигледно се врати на стабилно ниво.

Вкупните придонеси на радиоактивните благородни гасови 85 Kr и 133 Xe содржани во воздухот до локалната стапка на доза се под 30 нано-сиверт годишно (nSv/a). Ова е занемарливо во споредба со просечната годишна изложеност на радијација на која е изложено лице од општата популација. Изразено во иста единица, просечната годишна изложеност на зрачење е околу 4100 nSv/a. Овие бројки од примерокот се земени од извештајот „Радиоактивност на животната средина во Сојузна Република Германија 2014“ и се менуваат само незначително од година во година.

90 Sr, 137 Cs и Pu изотопи
Овие вештачки радионуклиди во суштина доаѓаат од два извори. Во периодот пред 1986 година 90 српски, 137 Ц и (239 + 240) Пу (покрај неколку проценти 238 Пу) беа ослободени од тестовите за нуклеарно оружје извршени во атмосферата. Понатаму, релативно мали количини 238 Pu доаѓаат од паѓање на сателити. Доколку сателитот имал изотопска батерија од 238 Пу за напојување, тој исто така бил уништен.

Индикацијата (239 + 240) Pu означува дека измерената активност е мешавина од двата изотопи на Pu 239 Pu и 240 Pu. Со најчестиот метод за мерење, алфа-спектрометријата, двата изотопа можеа да се разликуваат само со тешкотија или воопшто да не се разликуваат. Енергиите на нивното алфа зрачење се премногу слични. Како резултат, можете да го видите само збирот на обете активности во алфа-спектарот. Современите програми за проценка на алфа спектрите сега можат компјутерски да ги раздвојат активностите, но потребно е енергетската резолуција на детекторот да биде доволна и активностите на двата изотопа на подготовката за мерење да бидат доволно големи. Последново обично не е случај со примероците од животната средина. Современите масени спектрометриски методи овозможуваат одделно определување денес, но сепак е релативно сложено и скапо, така што се користи само како рутинска метода во неколку институти.