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.
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.
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.
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.
U tohoto vzorku radiobarytu jsme přístrojem Safecast položeným přímo na vzorku (vzorek opět v plastovém sáčku) naměřili dávkový příkon téměř 0,8 microSv/h.
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
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).
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.
V našem případě byly naměřeny hodnoty téměř 25 microSv/h.
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.
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?"
Web iDNES.cz publikoval 7. září 2014 článek zvaný "Radioaktivní kanci žijí i v Česku. Lidé se ale bát nemusí, říká expert"
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.
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:
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.
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.
Ne každý ale ví, že obdobu jaderného reaktoru bylo možné nalézt i v přírodě.
Reference:
Přírodní jaderný reaktor - Wikipedie https://cs.wikipedia.org/wiki/Přírodní_jaderný_reaktor
Na stránce se pracuje - těšit se můžete například na:
Ozáření ze stavebních materiálů v domech
Jak je to s hodnotami dávkového příkonu a vzdáleností od zdroje?
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