INSTYTUT BADAŃ JĄDROWYCH ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ INSTITUTE OF NUCLEAR RESEARCH

f

INSTYTUT BADAŃ JĄDROWYCH ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ INSTITUTE OF NUCLEAR RESEARCH

INR-1744 /OŁORr/D/B

ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA

ATMOSFERYCZNEGO PYŁAMI TOKSYCZNYMI i PROMIENIOTWÓRCZYMI

BADANE METODAMI TECHNIKI JĄDROWEJ

J. Jagielak

Warszawa 1978

-v'S~y< "Ji" УА!лл.Ч

j.« DKC'.v ГС!

.

ZANIECZYSZCZENIA POWiKTRZA ATMOSFFRYC7.XKGO PYŁAMI TOKSYCZNYM, I PKO/iII-NIOTWÓRCZYMl

BADANI£ METODAMI TECHNIKI JĄDROWE!

POLLUTION OF ATMOSPHERIC AIR

WITH TOXIC AND RADIOACTIVE PART1CV1.ATE MATTER INVESTIGATED BY MEANS OF NUCLEAR TECHNIQUES

ЗАГРЛЗНЗЖ! АТ'ХСКРНСГО 303ДУХА

токскчЕогх:: и РЛ;.::СЛ11Т:;Б:ЮЯ ПЫЛЕП, ИССЛЕДСйАНУ HETOJJITJ ЯДЕРПСЯ ТЕХНИКИ

JAN JAG1ELAK

Pracę wykonano

v CENTRALNYM LABORATORIUM OCHRON'Y RADIOLOGICZNEJ

WARSZAWA, 1978

Strc-sxcy.onie

y ;is<»lody Łcc^:-.:::-.i ;a.-Jn:-\vcj

w zastosowaniu do badań zanieczyszczeń ;>owiotrza atmosferycz- nego prze>. pyły pierwiastków loksycznych i promieniotwórczych oraz wyniki tych badań pro-vadzonych па obszarach o dużym stop- niu upr/nmysłowienia i urbanizacji. Opisane zostały metody poboru próbek pyłów г. powietrza oraz pomiarósr i analizy widm promie- niowania alfa i gamma izotopów promieniotwórczych obccnj'ch w tych próbkach. Stężenia pyłów metali toksycznych w powietrzu oznaczano stosując motody neutronowej analizy aktywacyjnej i flu- orescencji rentgenowskiej. Opisano odpowiednie metody pomiarów , kalibracji aparatury i analizy wyników. Przedstawiono wyniki badań prowadzonych w Sierszy w latach 1973-1974 i w Warszawie w latach 1975-1977, które pozwoliły wyznaczyć, dla tych okresów czasu, wart< ~ci średnich miesięcznych stężeń w powietrzu na- nastepujacveh izotopów promieniotwórczych: Be, Mn ,

' Ó 6

95_ ' 1Ó3 Zr, Ru, Ru, Sb, J, Cs, Ba, Ce, Ce, ep

106_ 125

131, 137,, UO \L\ 1йй

Ra, Th-nat, U-nat oraz następujących pierwiastków stabilnych:

Sc, Cr, Fe, Co, Zn, As. Se, Sb, W i Pb. Przedstawiono ana- lizę zmian stężeń poszczególnych sztucznych izotopów promic.uo - twórczych w powietrzu obszaru Polski w powiązaniu z chińskimi wybuchami jądrowymi. Omówiono opracowaną na podstawie wyko- nanych badań środowiskowych metodę analizy związków występu- jących między wartościami stężeń poszczególnych pierwiastków obecnych w pyle zanieczyszczajocym powietrze. Przedstawiono praktyczne możliwości wykorzystania tej metody. Na przykładach Warszawy i Sierszy dokonano oceny zagrożenia ludności i śro- dowiska powodowanego przez obecne w powietrzu atmosferycznym

pierwiastków promieniotwórczych i toksycznych.

-11-

Abstract

In the work the application of tpectronwlrio meiho-is of nuclei, s- techni<;sics to the investigations of atmospheric air p-rUuilm by tox.i^

and radioactive elements and results oi these investigations conducted in llie highly industrialized arjH urbanizoii regions hjve been presented.

The method of precipitation of the samples, the measurements ani analysis of radiation spectra of alpha and gamma radiation emitted by isotopes present in. the samples have been dcscribe-J. The con- centrations of toxic metal dust in the air have been evaluated by neutron activation and X-ray fluorescence analysis. Appropriate methods of measurement, calibration of instrument and the discuss- ion of results have been presented. The wcrk presents the results of investigations performed in Siersza within the years 1973-197^

and in Warsaw in the period of 1975-1977, with have permitted to estimate for these periods of time the mean monthly values of con- centration in the atmospheric air of the following radioisotopes: Be,

^ м ^{9 5}7 ^{1 0 3}u ^{l 0 6}u ^{1 2 5}c , 131, 137^r 140

Mn, Zr , Ru , Ru , Sb , ] , Cs , Ba, Се, г Се, А Ra, Th-nat, U-nat and the following stable ele- ments: S c , Cr, Fe, Co, Zn, As, Se, Sb, W, Pb. The analysis of changes of concentration of each particular artificial radioisotope in the air for the region of Poland in connection with Chinese nuc- lear explosions has been given. On the basis of the performed en- vironmental investigations the method of analysis of relations be- tween the concentrations of particular elements present in the dust of the air pollution has been discussed. The applications of this method have been presented. Using the results of investigations performed in Warsaw and Siersza the hazard to the population and the environment caused by the radioactive and toxic dust present in the atmospheric air has been estimated.

-Ill-

Pes

Работа представляет спектрометрические иетоли ядерной техники в применении для ^сследовакй". загрязнение «тмосферрсго воздуха пнлями токсических и радисактхзжих элементов, а та

::;е результаты этих исследований на территории с больной индустриа- лизацией и урбанизацией. Олксаны иетсдч получения проб пили УЗ воздуха и их измерения, а также методы анализа спектров излу- чения альфа и гамма радиоактивных изотопов, которое находятся в этих пробах. Концентрация пылей токсических металлов в воздухе обозначена посредством метода нейтронного актквационного анали- за и рентгеновской флюоресценции.Описаны еоотБетствуюяие методы измерений, калибровки аппаратуры и анализ результатов.Представ- лены результаты исследований проведённых в Серше в 1973-1974 го- дах и в Варшаве в 1975-1977 годах, которые позволили определить для этих периодов величину средних месячных крнцентоации в воз- духе следующих радиоактивных изотопов:

Ве, ^Нп , ^Zr .

l 6

% ,

S b ,

J ,

C s ,

Б а , I«ce, I«ce,

5 а , Th-нат. ,

U-нат.и следующих стабильных элементов: Sc, Cr, Fe, Co, Zn, As,

Se, S b » ¥ , Pb. Представлен анализ перемен концентрации катдого

из искусственных радиоактивных изотопов в воздухе на территории

Польши в связи с китайскими атомными взрывами. Сбсухден обрабо-

танный на основании проведенных исследований среды метод анал;эа

связей, выступающих кежду величинами концентрация определенных

элементов, присутствующих в пыли, загрязняющей воздух. Представ-

лены практические возможности применения этого метода. На при-

мере исследований пылей радиоактивных и токсических элементов в

Варшаве и Серше определена степень в какой они угрожает лю-

дяи к среде.

.-, v i -j j

к у ci

ł . WSTi;P i 2. PIERWIASTKI PSOMIl-NIOTWÓkCZi-. i Ml-.TALF. TOKSYCZ-

NE W POWIETRZU ATMOSFERYCZNYM 5 2.1. Pierwiastki promieniotwórcze v powieli/.,; amiosie-

rycznym 5 2.2. Metale toksyczne v powietrw aimosieryc/.uyir; 6 o. M ETODY BADAŃ I APARATURA ., 9

3.1. Pobór próbek pyłów z powietrza atmosferycznego 3.2. Aparatura do pomuirov/ widm proinioniowań alia, s

i X 10 3.3. Pomiary stężeń pyłów naturalnych i sztucznych pier-

wiastków gamma promieniotwórczych w powietrzu atmo- sferycznym .' 11 3.£. Pomiary stężeń pyłów pierwiastków alfa promienio-

twórcz\cli w powietrzu atmosferycznym 13 3.5. Badania składu pierwiastkowego niepromieniotwórczych

zanieczyszczeń powietrza za pomocą metod spektro-

mętni promieniowali jonizujących 17 3.5. Ocena dokładności pomiarów 23 4. WPŁYW WYBUCHÓW JĄDROWYCH N'A WARTOŚCI STĘŻEŃ

SZTUCZNYCH IZOTOPÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH

W PRZYZIEMNEJ WARSTWIE POWIETRZA W POLSCE... . 2/- 5. STĘŻENIA PYŁÓW NATURALNYCH PIERWIASTKÓW PRO-

MIENIOTWÓRCZYCH I METALI TOKSYCZNYCH W POWIE- TRZU ATMOSFERYCZNYM WARSZAWY-ŻERAN1A

1 SIERSZY II 6. ANALIZA ZWIĄZKÓW WYSTĘPUJĄCYCH MIĘDZY STĘŻE-

NIAMI POSZCZEGÓLNYCH PIERWIASTKÓW OBECNYCH

W PYL E ZANIECZYSZCZAJĄCYM POWIETRZE 52 7. OCENA ZAGROŻENIA LUDNOŚCI I ŚRODOWISKA REJONÓW

PRZEMYSŁOWYCH, TOWODOW AN EGO PRZEZ UNOSZONE W POWIETRZU PYŁY PIERWIASTKÓW PROMIENIOTWÓR- CZYCH I METALI TOKSYCZNYCH, PRZEPROWADZONA

NA PRZYKŁADACH WARSZAWY 1 SIERSZY 6l 7.1. Ocena zagrożenia ludności i środowiska powodowanego

obecnością pierwiastków promieniotwórczych w powie- trzu atmosferycznym 6l 7.2. Ocena zagrożenia ludności i środowiska powodowanego

obecnością pyłów metali toksycznych w powietrzu atmo- sferycznym 65 3. WNIOSKI 72 LITERATURA 75

-V -

1. \VST£P

Ocena stanu zanicc^yszc'.c.iia środowiska ora/, podjęcie skutecz- nych działań związanych z jogo ochrona wymaga uzyskania wyczerpj- jących odpowiedzi na następijąre pytania:

- С/ym zanieczyszczone jest środowisko?

- He jest tych zanieczyszczeń?

- Kto odprowadza zanieczyszczenia ilo środowiska?

Celem niniejszej pracy jest ustalenie, czy i w jakim stopniu spektro- metryczne metody techniki jądrowej, zastosowano tło badań zanieczysz- czeń powietrza atmosferycznego przez pyły, mogą dać odpowiedzi no te pytania.

Praktyczne rozwiązanie postawionego tutaj problemu wymaga speł- nienia następujących warunków:

- Podjęte badania muszą być prowadzone za pomocą różnych spcktrometrycznyeh metod techniki jądrowej.

- Zebrany materiał doświadczalny musi być dostatecznie duży i wyczerpujący, co wymaga długiego, wielolclniego okresu trwania badań.

- Sprawdzianem użyteczności prowadzonych badań powinna być ocena zagrożenia ludności i środowiska wybranych rejonów Polski, powodowanego unoszonymi w powietrzu pyłami pierwiast- ków promieniotwórczych i toksj'cznych.

Wymienione wyżej warunki mogły być spełnione dzięki temu, że praca została rozpoczęta stosunkowo wc/eśnie, bo już w latach 19SS-69.

W oi-resie tym spektrometryczne metody techniki jądrowej nie były jeszcze tak opanowane i rozwinięte jak obecnie. Autor prowadził więc również badania, których celem było znalezienie nowych praktycznych rozwiązań, pozwalających na opt3Tnalne wykorzystanie tych metod w pracach środowiskowych.

Wszystkie przedstawione metod}', które stanowią wzajemnie uzupeł- niający się system przystosowany do badań zanieczyszczeń powietrza przez pyły i wykrywania źródeł ich pochodzenia, zostały poddane

- 1 -

ostrej koiitrvH i weryfikacji w czasie wieloletnie!. Ьлал-! śroriov-jsUo- v.vcl). T "• bu.no ni :>.>;• a ji.nvie.i.ioc o ;I;>.T r.:t irzo, U:ćr-i ..' ('ч/..i czośc:

została spc-cjr!nie Jo tych bad-iń zaprojektowana i лу',со-1-тла.

Metody techniki jądrowej, a »v s/.czogó!ności spcKtromeirij promie- niowali jor.i/ujacych. ch.iraktcryzują sitj «"ielkq c/.v.Ios,.-:;: ora/, moili- woHcią wykonywania - У-Л pomoc;; jednoj-.o pomiaru - oznaczeń jakościo- wych i ilościowych wiciu różny„-.h pierwiastków obecnych •:: b.-idanych próbkach £ l , 2 ] . Ta ostatnia zaleto ma szczególne /плегото w przy- padku badań próbek pyłów pobieranych z powietrza atmosferycznego, których skład jest często bard/o złożony, z uwagi ял obecność w po- wietrzu zanieczyszczeń pochodzących z wiciu różnych źródeł ich emisji.

Źródła wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego można pocIzieUć na źródła naturalne, będące ni3£l<jpslwem procesów za- chodzących w przyrodzie, i na źródła sztuczne, powstałe w wyniku działalności ludzkiej ^3,^-3.

Pochodzenie zaniccz3'szczeń powietrza atmosferycznego oraz najważ- niejsze ich składniki, występujące w fazach stałej i gazowej, przedsta- wiono schemai3'czme na r y s . l .

NH HBr

Faza gazowa

RYS.l. Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego

-2-

Strza'kami oznaczono iui.-j kieruiiUi pi/eiść /ci.'i'oc/.yszc/.i.-ii z jednoj Lv'.v 'i"1 dr^.gioj, f.lórc j№^[Oi'S!-o sji różno^o ;"'•!. ci ;u ;•• > c. .I!:".I cLcinUv.nvp'i i fizycznymi. W kole «cv:.otr"2i:yni [Uiliiw ; :⁽ :.:• jważnsc-л/.с pierwiastki przcJ ostające sic do j.iov-'tcirza z ц!с!;у ; -./.хГу ;:i~rjkfcj:

nysiępiio koło OIK-JI/IUJI? lAoi'u'itsst'vi v.)>r:>watlz;!:ie >:ziiK"zn:c- cio alniu.-*!et у w post.T^i pylóv/; k-jleinc ki>iO za'Vior;: związki i«lór:iL" ul", .r/one v/ .4;- inosfcr-'.c; na >.»-./nairz t.'.s/y;.ik>ch lyoh kó! jiodnnf -.a /an'oc/iyszc/.'-i'ui powietrza alniosferycziicco \vysiijpiij.'ico w fazie с>,а/-одгс).

Nnitt'itjksza odpowiedzialność za szliiczuc /.anicozyszczciiia powiot'"/.;:

atmo^icrvcznogo panoszą obocnie: transpoi"! snnikV'iesiov/y, /:k)ady ener- gctycziie spalaj.KO pal>w<i kopolnc, ró/.jic>",o rc.tz.Tju zakiadv Drzemy?i:v.vo.

Oddzielny Rrupc źró/ici zanieczyszczeń powietrza, /- uw.ip,i u;> spory- fiezne wyróżniające }c cecliy, sta/jowi'; zakłady lcŁ"!:jiiki bidro.voj i •vy~

bucliy jądrowe.

Jcdnii z. form zanieczyszczeń powietrza są pyły, które Polska Norma PN-1L, 2-01001 definiuje: "Pyl jest to zbiór czaslek ciaia suilcgo, przechodzących przez sito o wymiarze oczok 300 }in-."[5]. Wymiary ziaren pyłów, które przez dłuższy czas mogą pozostawać w powietrzu atmobferycznym tv/orząc układ dv/u fazowy ciało stałe - gaz, zwany aero- zolom, wynoszą od kilku setnych części mikrona As około 50 LIIII. Bardzo drobne pyły koloidalne i subkoloidalne, których wymiary ziaren wynoszą od 0,02 um do 0,001 pm ulegają w powietrzu atmosferycznym sz\'bkiein-i połączeniu z ziarnami większymi. Dlatego też większe stężenia takich pj'low w powietrzu atmosferycznym występować mogą jedynie w pobliżu źródeł ich ciągłej emisji [5Ц. Górna granica wymiarów ziaren pyłów, tworzących aerozol w powietrzu atmosferycznym, zależy od prędkości ich sedymentacji. Ziarna o wymiarach większych od 50 jim unoszone są^

w powietrzu przez bardzo ograniczony okres czasu i to zazwyczaj w pobliżu miejsc ich przedostawania się do atmosfery.

Największe stężenia pyłów występują w powietrzu atmosferycznym obszarów o znacznym stopniu uprzemysłowienia i urbanizacji. Obszary te charakteryzuje duża gęstość zaludnienia co powoduje, że poważna część całej populacji ludzkiej takich państw jak Polska jest stale w spo- sób odczuwalny narażona na szkodliwe działanie różnego rodzaju sztucz- nych zanieczyszczeń powietrza - w tym pyłów toksycznych, a często i promieniotwórczych.

Źródłami pyłów promieniotwórczych sztucznie emitowanych do po- wietrza atmosferycznego są przede wszystkim zakładj' przemysłowe przerabiające znaczne ilości surowców zawierając3^rch maturalne pier- wiastki promieniotwórcze i zakłady energetyczne spalające paliwa kopalne.

Oberność w powietrzu p3'lów pierwiastków sztucznie proi.iieniotwórczych związana jest z działalnością zakładów techniki jądrowej ;raz wybuchami

-3- /

óię <'•••• .itm-T-jfVry /.vacziio ilości izoto:^'.*/ pr^-ju i •:.. v-.-c . • . ! . . kt^r>

pr/.<Mio>/A>iie prze/, ^órne warstwy powietrza z;.i!io¹.:v;;,z.i!-; ś^c:'r- wiskr w;lej К uli Ziemskiej.

Przedstawione uwagi stanowiły wytyc/.ne <l!a wybór¹: lokal i/.ас ;i paneli'.*' stałego poboru próbek pyl ów /. :ir/yz:c::'i:ci « a r M t y po-

•i-iClrx.il .itmoslcrycznego. 1'nulcty to >:^l,v..-,r.izcAvii;:o -i- Sier-szy (50° JO' N, 1С!°35'"Н) i no Zora «i! -v Warszawie ( 5:>° 15' M.

21° (i). V/ miejscowości -Siersza xn>ijt!-'ije się elektrcvni.. "Sicrn/.u"

o mocy ?lektrycziiej 7б0 Ti4W oraz kop.dnia o i-^j saniej iia/.v.'.«, z której wę.uiel dostarczany jost do eJcklrowni. Zużycio *-'Ct;<.i v/V - r.ⁿfi okolu 7000 ton na dobę. Na xanieozyszczeni:: powietrz;; rej^iii:

Sierszy również bardzo wpływają liczne elektrownie, hun i /?.>.].-•<.)y przomys.lowe, zlokalizowane na tci'en.'ich sąsia<i»jocych z Sierszą.

W Warszawie na Zoraniu znajduje się elektrociepłownia, której moc oleklr3'czna wynosi 2/.0 MW, a cieplna l£20 MW. W elektro- ciepłowni spalany jest węgiel dostarczany z różnych kopalń Polski.

Zużycie węgla w okresie zimowym wynosi około GfOO ton na dobę.

Bezpośrednio z elektrociepłownia, sąsiaduje Fnbrylca Samochodów Oso- bowych, a nieco dalej, w odległości kilku kilometrów, zlokalizowane są cementownia i huta "Warsznwa".

Wokół ustaloirych miejsc poboru próbek, na obszarach o promieniu około 30 km, przeprowadzono badania wstępne, których celem było uzyskanie informacji o naturalnych warunkach radiologicznych środo- wiska. Badania mocy dawek ekspozycyjnych ziemskiego tła promienio- wania gamma wykonano dwoma sposobami: za pomocą specjalnego ra- diometru zainstalowanego na samolocie i metodą pomiarów naziemirych stosując wysokociśnieniowe komory jonizacyjne. £7-1 Ol. Stężenia pierwiastków naturalnie promieniotwórczych w 100 próbkach gleby, pobranych z badanych terenów, oznaczano metodą analizy widmowej promieniowania gamma, które mierzono za pomocą spektrometru sevn- tylacyjnego z kryształem Nal(Tl) o wymiarach 5"x2" umieszczonym w stalowym domku osłonnym Qll-l^l.

Wyniki badań wykazały, że naturalne warunki radiologiczne, istnie- jące na tych terenach, nie odbiegają od typowych występujących pow- szechnie w Polsce i Europie. Wartości mocy dawek ekspozycyjnych naturalnego ziemskiego tla promieniowania gamma wokół Warszawy i Sierszy wynosiły od 0,18 do 0,G5 рЛ/kg ( 2,5 do 9

2

- HD^JIlńś

i-.'\-:rл•-.•>'. ГО-:.Г\УСУ.

P i e r w i a s t k i i;.-U!;\;!n;e (>:".>:••;: osi'.4v."ór.-,.л „Миссис r śr-л:"-. ;^{д и} nie х у т то/na p o d z i t - l ć , / >iwaj>^; ; •-U pc-Ы7.Р»И\ ~i£ (!v. с p:-ii[)v [ | " i - 2 0 j . l \ o r - ? / a j?r»ji-j »K'"ie*.vui ЛиЬсчг-:к1.'у -.ii r"/.^:ic v- o k r e s i e r.łrnr-wanui siq systfr-ч s'onc>r/!ti\:*. »."'ui > vi л i-;• г ч ?•: >.- .- <j л ю lyni, żo окгоьу icii pviiowiczi'i-»^ /.ntisivii :-'.. А^:л/.с •;. :-i. ~i:r. ; : i^:-.- с/a t o istnienii; / i ' j m i . v.'ynosz.-jcog.> O'Uv'i^ b*K'-' Kil. ! ' ^ f;^{i :}'i'.^v !'?.^: /"••-•k^-z n:iy l a k i e rnu'141'iklidy jKvho'Jiie I'l.ico.'ivj.ic.¹-'»'^ j>:cr\vi.istUów 1г>ас:сглу£»_чсЬ, tworzących naturalne szeregi promienic-i•.-ч.-гс/о.

W środowisku Ziemi s;i of.-ojiie ra<Jioi:=AI'dy lr/.c<h s/orecó.-/ n.-la- ralnic promieniotwórczych: torowc-go, ur;tnwo-railoxt'Cf>o i аглпдао- ak1yno\ve,c;o.

Ważnym izotopem n/itural.'itc j)romłeriii>tvóivzym, /- uv/agi то. icf.o duży udział w ziemskim tle promieniowania jonizującego, jest również

^ОК , stanowiący 0.0119 % miesznniny pc-tasu naturalnego. iJo druo.icj grupy radior!Uiv]icIÓ№ naturalnych zaliczamy izotopy promień:'--:-oivze, powstające v wyniku reakcji jądrowych. z.icSiodz.-icyrh inic-^/:; rz-sstk.inr;

promieniowania kosmicznego a jądrami niektórych picrwiasikó'i^- znajdu- jących się v/ powietrzu. Radionuklidami p^>.rstajacv;:;i * ten >:,jsób są:

ЗЦ, 7^Be i l^C.

Pyły pierwiastków natułv;!nie promicniolv/crczych, pochodzących z obu przedstawionych grup, sa v/szeehobecne w po.vjeirzu atirc.-fervcz- nym, jednak wartości ich stężeń mog.-j się różnić m.ędzy sol-s kilka- dziesiąt lub kilkaset razy w zależności od naturalnych i sztucznie wytworzonych warunków lokalnych. Przykładem lego mogą być wyniki badań prowadzonych przez H.l.Hamiltona £ 2 l l , które wykaza:y. że wartości stężeń uranu naturalnego w powietrzu nad Oceanem Atlan- tyckim zawierają się w granicach od 1 <jo 5 pg/in^. gdy tymczasem w Sutton. w pobliżu Londynu średnie roczne wartości łych stężeń wynoszą 60-70 pg/m3, zaś ich wartości maksymalne, wyznaczane za poraoc próbek pobieranych w ciągu 1L godzin, os:r.gaja do £00 pg/i;>>. V/ za- leżności od miejsca poboru obserwuje się również dużo różnice

-5-

v.' «.iJ....!/;e probe!*. р> !ó"".' m-'nmisvilitii» рг.лгм|№«.~г

4 .ft-."> ! - . . - - . i . . . ' ••„-« • - V < i ' 4 4 i . m i " i " - l l i t ^-!«»'.-'» / i T » ' - ^ i

nali:r.ilnyc!i. л i;ik<r Ds-siseu-.-s:- I*.-!!!-.-! >lt-gj.- jell

l.v»u

Vybuchy j:,dr.v.ve ova/

w K/.c/o^óliicśi-; i/ołrjijKsiiiii (»".?IV.JKV";«I i»yiy« byf i jics»t ime«.4«?

O p.'./.iOiiiio tvolt skazpii »le.*y»luj:( wylupolty j!-(>!iiv".^-."e i«vi>[»-j,.';

w. atiiios-for/o, i t i ć r c рои.'o;!'!ja, ź e •».' 5ц»л.«Л» к t-Evi'siins4flł.>-„-,:«iiy slain ? i c d o pov/icir/.a, a także i iniiycli k«a|!onenllóa" »r«v|iu«v duże i!oś."i subsiaiu",ii *zi".n.^-ziiic pri»5.!śc-ini«i>llVi.'iiS«4'/y«:!> f 2 £ - 2 6 J .

Ri-nktory jądrowe i y.«'«kl««*!y przeróbki

d/.oj:i do pawiclrza powne ilości subsiaiikTji pr4>ri!^-«»"isciviri5r..-4;4-h^>

któryiiii są: promieniotwórcze izotopy gazów t'./.lnchc>n>vli. «ryt «.' taciach gazu i pary wodnej, zaaklywowanc gazy, promieniotwórcze izotopy joc'j orai pyły [ 2 7 - 3 2 ] .

2.2. Metale toksyczne «•• powietrzu atmosferycznym

Pyiy tworzące aerozole w powietrzu aimosfcrycznyn» rejonów prze- mysłowych zawierają wiele pierwiastków i icli związSióe* chemicznyrh o siliii'ch własnościach loksj'cznycv, co povodujc, źe KIWCI nicv/iclkic stężenia łych substancji w powietrzu stanowić mogą poważne zagrożenie dla ludności i środowiska.

Ustalając wykaz szczególnie niebezpiecznych pierwiastków i związ- ków chemicznych, które odprowadzane są do środowiska pr/.ez z;<k'a-Jy przemysłowe i energetjvczne, rozpatruje się ich własności trujące oraz powodowane przez nie eJektj': kjremogenne, nietagenne i teratogenne, a także ich zachowanie się w środowisku, jak пр.: zdolność do roz- przestrzeniania się. czy bioakumulacji.

Wśród zanieczyszczeń atmosfery, uv/azanych za szczególnie iiiebpz- pieczne dla populacji ludzkiej i środowiska, dyżą część stanowią

v.ic-ialt* i i.!: •f.-xihzkl [,ł3-3&]. г т о и в •tc-Mr.:' o i<:!r!if^-.-y:a у Sell

il/^-iii! dki v. у branych q r u p |>rai^-.' ,i"i./.j4:ii. V» tui>!tcv < p.v.eusbt -л шло

;'.c:.l.T.v:cnie lii/.Ь /...." h^..-ov.ali, /.». «../..J.w. i. , :>f..-. .1 /••••.'-•ft-.V;;. r.'.-.Vi- iivaiy inifj.-.i-f» w R r N w lotnćls !9-*3-l"''^i ь л ; .•.•j»[y-'c-t>' (l:'ia::i:*ia

ТЛВЫСЛ 1. Zcsta.vlciiic Isczb /.:•!-Ьггд^'а:'. st:ov/».«lr'i'aii>c!i oicktórytai mr-talaini 1 icii /.t. •;•.'•'• n-.ni o r n z fl'j

w RFN v lalach J?53-197! [37].

Pierv/!a:'ie!v

As Pb C r F Cd Mn Hg Tl V Be

Wielopierwiast- kowy pył metali nieżelaznych

I.iczbv /.i.-ho>ro\v.-n!

19Г.З

23 685 27 7 11 - 23

5

31

1966 j i-:G7

\

.?•

25 13 10 -

G

7

22

L 517 16 9 8 1 29 3 3 2

.... , , , c?

y.jV.

2 509 25 12 6 2 27 3

2

16

„-zooóln

. . . .

11

^/-3 3 ^ 16

2 IS 3 2 2

15

•

6

£17 31 19 IS 1 32 7 I

17

I 1:7i 1

! j 7 / 5 1 26

«7

21 2 3 2

U.S. Environmental Protection Agency [33] powołując się m.in.

па U.S. Federal Reqisfer [39] ustaliła w 1973 r. listę substancji za- nieczyszczających środowisko, które są szczególnie niebezpieczne z uwagi na ich silne własności toksyczne i dhi których prowadzenie

• lań środowiskowych jest specjalnie zalecane. Wśród wymienionych

substancji znajd u ją się iinslępu fccc melule; .-<ntyr>^:i. arsen, beryl.

гг.гзш. cynk. V.;i<!ii. nikiel. o ! ó v . i*!oć, >s

Scn. I.i-^lo fę. /...>"• ?::!«•

zro:,;:t.-} .. poslr.luton". ! : . P . Л . , należy jvsx.-;^bsy.yć o «setnie. Których ciopusż.cznlnc sięźoni.i у r.ov/io* rzu luioj*-"" ;""acy jv.v!,»iił» nrve'. I ' . S .

bnltu, srebra, talu, toru. uran'.:, wan»du, vrolfr:irnu.

Wyniionicmc tutaj metale i ich zwi.-izki chemiczne mogą się prze- dostawać do poY/ietr/.a atmosTerycznego zarówno w wyniku naturalnych procesów środowiskowych, jak i w sposób sztuczny £dO,£l].

W tablicy 2 podano wartości stężeń metali, obecnych w ilościach' śladowych w pyłach pobranych z ostatnich stopni urządzeń oJj>ylajaeyc!i elektrowni Siersza i Żerań oraz cementowni Warszawa. War'osci te są stężeniami średnimi, otrzymanymi с pomiarów 7 próbek pobranych z każdego zakładu. Pomiary wykonał autor mniejszej pracy za pomocą metod spektrometrii promieniowa" X i gamma wzbudzanych w materiałach badanych próbek.

TABLICA 2. Wartości stężeń niektórych metali obecnych w ilościach śla- dowych w pyłach pobranych z ostatnich stopni urządzeń od- pylających elektrownią Siersza i Żerań oraz cementowni Warszawa [g/g x 10"

J.

Pici ciastek

Cr Sc Co Fe Zn As Se Sb

w

Th u

Elektrownia Siersza

U5,0 18,6 55800

783,0 42,1 52,6 21,7 13,1 6,5 543,0 35,0 18,6

Elektrownia Żerań

189,0 19,i 61200

140,0 57,2 23,6 . 4,3 9,5 3SS,0

28,3 12.5

Cementownia Warszawa

134,0 7,5 19100

13,2 _

16,3 _ 217,0 3,4 3,7

-S-

3. МПТОРУ илол\" : APARATURA

Wykonanie zaplanowanego programu badań srodowiskou-yi'i wyma- gało od autora rozwiązania wielu problemów o charakterze metodycz- nym f a także stworzenia odpowiednich warunków lechnicz::y.-li.

Różnoro fność oraz złożoność zastosowanych metod pomiarowo-badaw- czych powodują, .'.o dokładne ich przedstawienie prowadziio^.v во nadmiernej rozbudowy przedstawionego v/ pracy materiału. Dla-.CyO też ograniczono się do omówienia jedynie tych a.-;>ek'ów z zakresu metodyki, które łączą się ściśle z ich zastosowaniem do badań zanie- czyszczeń powietrza przez pyły i stanowią ivłasn\', dotychczas nie publikowany, dorobek autora- Pominięto natomiast wiadomości dotyczą- ca stosowanych tutaj metod analityczny? *i, które można znaleźć w ogólnodostępnych opracowaniach.

3.1. Pobór próbek pyłów z powietrza atmosferycznego

Spektrometryczne metody techniki jądrowej zapewniają dobra do- kładność i dużą czułość pomiaru składu badanych próbek pyłów pod warunkiem, że stosowane materiały filtracyjne oraz metody poborr.

pyłów z powietrza są odpowiednio dobrane i przystosowane do warun- ków związanych ze wzbudzaniem i pomiarami promieniowań jonizują- cych. Dlatego też, oprócz wymagań ogólnych, które spełniać powinien filtr niezależnie od stosowanej techniki pomiarów pyłów, muszą być uwzględnione następujące jego własności £C2-&5,]

- Skład materiałów tworzących filtr powinien być bardzo staran- nie dobrany, tak aby filtr poddany aktywacji neutronami nie był źródłem promieniowania gamma, a wzbudzane w nim promienio- wanie fluorescencji rentgenowskiej nie interferowało z promie- niowaniem tejże fluorescencji pierwiastków obecnych w pyle.

- W przypadku poboru próbek przeznaczonych do pomiarów pro- mieniowania alfa, pył powinien być zbierany jedynie na powierz- chni filtru w postaci cienkiej warstwy. W przeciwnym wypadku zniekształcenia zmierzonych widm powodowane absorpcją energii cząstek alfa w materiale filtru są tak duże, że wykrywanie i oznaczanie ilościowe poszczególnych emiterów alfa bez stoso- wania złożonej i żmudnej preparatyki wstępnej próbek jest bardzo utrudnione lub często i niemożliwe.

-9-

Ocenę jakości filtrów z. uwagi :ia ich zdolność powierzchniowej!.?

osadzania pyló1:-' przeprowadzano ;::ializuj,-ic k^zl.iłt i czylołnośó v. *:n promieniowania alfa próbek pyłu r'jd_i uranowe;. Widma le mterzc-no

•/.u pomór л spektrometru /. jonizacyjna komor.i iinp'ilt.o\vą. РггеЪа<:Г:чо filtry membranowe firm Sysipor, Sanorius i Millipor, na kióro zjfy- sano ]^.;pylony w powioiryu pyl rudy uranowej. KajbarJ/.if) czytelne widma, o wyraźnie wydzielonych ;>ikacli pochcvizacych od promie;".; с- wania alfa poszczególnych radionuklic'ov/, otr/.ymano dla próbek yebra- nycl: na filtrach Millipore. Jcunoc/.ośnie okazało się, że jakość ty^h widm praktycznie nie zależy od wielkości średnicy porów stosowanych filtrów. Wniosek, ten jest ważny praktycznie, gdyż wskazauje na celo- wość stosowania filtrów Millipore o dużych średnicach porów, a tyn»

samym stosunkowo niewielkiej oporności stav/ianej prze pływając emu przez nie powietrzu.

W wyniku przeprowadzonych badań wybrano dwa rodzaje filtrów, które używane do poboru próbek pyłów z powietrza atmosferycznego.

Są to:

filtr włóknisty Petrianowa FPP 15-1.7 o wymiarach 570x £50 mm wykonany z chlorowanego polichlorku winilu, na który pobierano próbki pyłów z dużych objętości powietrza rzędu 20.000-100.000 m°.

Za pomocą tych próbek oznaczano m. in. stężenia w powietrzu izotc-pów gamma promieniotwórczych;

filtr membranowy Millipore SM \VP o średnicy porów 5 Jim W3'konany z estrów celulozy, na który zbierano próbk: pyłów z objętości po- wietrza wynoszących 30-100 m?. średnica filtru 90 mm.

Aparatura do poboru próbek pyłów z powietrza atmosferycznego na oba rodzaje filtrów, którą specjalnie zaprojektowano i wykonano dla realizacji omawianych tutaj badań, została przedstawiona w opubliko- wanych materiałach L^-6].

3.2. Aparatura do pomiarów widm promieniowar alfa, gamma i X Pomiary widm promieniowań alfa i gamma naturalnych i sztucznych izotopów promieniotwórczych obecnych w pyłach unoszonych w powietrzu, jak również widm promieniowań gamma i X wzbudzanych w próbkach pyłów poprzez aktywację neutronami lub zewnętrzne promieniowanie gamma, wykonywano za pomocą następującej aparatury:

- spektrometru promieniowania gamma z keaksialnym detektorem Ge(Li) o objętości czynnej 32 cnw i zdolności rozdzielczej dla promieni l°'Cs o energii fotonów 66l,6 keV mniejszej od L keV.

-10-

Spektrometr Ion i-rzczii.iczcr.y jest do pji.iidrów v.-iJr.s pro- mieniowania Q.imir.a w przedziale enetv.it fotonów o.' 70>-cV do J MoV. Detektor Go'4Li) umieszczany jc-^t w ;i:akoi:ov ym ołowianym domku osłonnym;

- spektrometru promieniowania gaiim/a у. ^unufuyiii doloktorom Ge^Li) J zdolności rozdziok-zoj 0.C- fceV dla proMioni X lub gamma o energii 601;vV. Spękir»vnoir pr/i-^nn.-z-^-iy jest do pomiarów widm promieni X i sam;i^;;i w przoJ/.inio onorsii fotoriów od 25 koV do 150 k<?V;

- spektrometru promieniowania X z detektorem Si(Li) o zdol- ności rozdzielczej 230 eV dla rentgenowskiego proinieniovani&

charakierysiycznef;o o energii 6,С keV. Spektrometr przezna- czony jest do pomiarów widm rentgenowskiego promieniowania charakterystycznego w przedziale energii fotonów od 3 do CC keV;

- spektrometru promieniowania alfa, którym jest jonizacyjna komora impulsowa. Zdolność rozdzielcza komory wynosi ?>0 keV dla promieniowania alfa o energii 5 MeV;

- £09o-kanało\vego analizatora amplitudy impulsów "Plurimat 20"

wyposażonego w dwa konwertery, małą maszynę lnatem-tycznn

"Multi 8" i urządzenia do rejestracji wyników pomiarów.

3.3. Pomiary stężeń pyłów naturalnych i sztucznych pierwiastków gamma promieniotwórczych w powietrzu atmosferycznym Próbki pyłów po zakończeniu ich poboru z powietrza atmosfe- rycznego na filtr Petrianowa były sprasowywane razem z materiałem filtru do postaci krążków o średnicy 25 mm. Całkowite masy tak uformowanych próbek wynosiły od 25 do 35 g, w tym pobranych z po- wietrza pyłów było od Л do 14 g. Pomiary widm promieniowania gamma wykonywano za pomocą spektrometru z koaksjalnym detektorem Ge(Li).

Stężenia naturalnych izotopów promieniotwórczych o długich okresach połowicznego zaniku są w powietrzu atmosferycznym najczęściej bardzo małe. Wykrycie, a tym bardziej oznaczenie ilościowe tych izotopów, jest trudne między innymi z uwagi na obecność w badanych próbkach sztucznych izotopów promieniotwórczych, których stężenia w powietrzu atmosferycznym sq zazwyczaj wielokrotnie większe.

Dlatego też widma promieniowania gamma próbek pyłów pobranych na filtry Petrianowa mierzone były dwukrotnie. Pierwszy pomiar wyko- nywano między drugim a dwudziestym dniem od chwili zakończenia poboru próbki, a drugi po upływie roku. Taki sposób postępowania

iijno/liivinl przepr:>•.%•,-,'!;'.oiiic otiiizielnv.'!: poiniarov : auuliy. .viilni p r o -

n i i O i i i o - . v a m . i ; > ! i . ' i > i . i i , u ; i ' ; i ó v a / . l n . / n i c ;>i о : ч : о : , ю ' ' . J ' c :•;•." ii -> . v . ' . ^ l c . : : ; : ! -

królkuh okresaod polowic/!n\no zanik.i i izotopów natiraiiiie pron'io- niolwóri/у..-Ь u tii-.^ich okresach połowicznego /.ai'iki.

Pomiary i analiza widm .vromieniowania йтани •••-•укэп.чио ••Królem po zakończeniu poboru рго'юк pozwalajci v.a кукг-ч'алю i .^znaivanio ilościowe iiastcptijncvch szl,:t:/.nycii i/oi^j)^.¹/ pi-jiiiiioaiotwórc/.wh:

«Mr,. ' ) ^ b , ?J/.

/lQ3Ru, iOpRu-lWjRi,. 125sb. "31j, 1J7"cs.

UO,!-, . JiO

U l c o . Ш С с , l^^Pr, 1^7\';1. a l.-.k/.o г..сН.-.nklidov/

7 ^0 2 1 % ^ 0 S

I'ornitir widnir; proinioiiiovaiiia gamma tej same; próbki po uplvwie roku o<] zako.iczenia jej poboru •.imozli-via wykonanie o/.n^.. zeń ->>-Th{l^:X j).

2-ÓK.-I i 21'c,\^c oraz ich pochodnych. Zaproponowany i zavt.^towany przez autora w lej pracy sposób po.siępowania pozwoli! więc me tvlkj na po- miary stężi-ń poszczególnych naturalnych izotopów promieniotwórczych w powietrzu, lecz również na badania stanów ich wzajemnej róiiiowa^i promieniotwórczej.

Wzorce, za pomocą których przeprowadzano kalibrację apr-ratary, wykonano osadzając na filtrach Petrianowa znane ilości rudy uranowej lub torowej. Filtry te, podobnie jak w przypadku próbek pyłów, spraso- wywano do postaci krążków o średnicy 25 mm.

Funkcję określającą zależność efekt3\vności zliczeń spektrometru od energii fotonów promieni gamma wyznaczono zakładając, że ma ona następującą posiać:

F(E) = a

e ' +a

e

+o

e

+a

e * +a

e

(3.1)

Parametry aj i bj tej funkcji obliczono wyznaczając wartości współ- cz3Tinikó\v efekt\'wności zliczeń spektrometru dla 10 pików foLoeleklrvcz- nych zmierzonych widm promieniowania gamma źródeł wzorcowych, ^4etod4 kolejnych prz\'bliżeń znaleziono takie wartości parametrów aj i bj, dla których współczynniki efektywności zliczeń wyznaczone za pomocą tej funkcji były w dobrej zgodności ze współczynnikami okreslonvrcii doświad- czalnie dla promieniowania źródeł wzorcowych £Z.S,£9]. Pomiary kalibra- cyjne wykonano w ten sposób, аЬз^г wartości względnego odchylenia stan- dardowego -£E_ były mniejsze od 0,05.

-12-

3.4. Pomiary stężeń pvlow pierwiastków alfa promieniotwórczych v powietrza ali:ugror\;znvm

Pomiary widm promieniowania aiia izotopów o dJjgim okresie połowicznego zaniku, które są obecne w próbkach pyłów pobrańvch z powietrza atmosferycznego, sj najczęściej Jość trjdne i iciażliwc.

Powodowane iesl to mai vim aktywnościumi tych izotopów zbieranych w typowych próbkach ~>raz zniekształceniami zmierzonych spektro- metrem widm promieniowania alfa £51-553- "Najważniejszą przvczvnq tych zniekształceń jest absorpcja energii promieni alfa w materiale samej próbki. Dlatego też grubości próbek badanych pyłów powinny być jak najmniejsze.

Aparatura do pomiarów widm promieniowania alfa oprócz dobrej energetycznej zdolności rozdzielczej musi posiadać następujące cechy:

bardzo dobrą stabilność pracy z uwagi na konieczność wykonywania długotrwałych, często wielodniowych, pomiarów, dużą czułość oraz mały bieg własny. Możliwość przeprowadzania takich pomiarów

uzyskał autor wykonując w Centralnym Laboratorium Ochrony Radiolo- gicznej, przy współpracy Instytutu Radioelektroniki Politechniki War- szawskiej, zestaw aparatury z impulsową komorą jonizacyjna. Aparatura ta w porównaniu do innych, opisanych w literaturze, urządzeń tego typu [21, 56-593 została odpowiednio zmodyfikowana i przystosowana do realizowanego programu badań. Spektrometr ten pozwala wykonywać pomiary widm promieniowania alfa próbek с powierzchniach dc 100 cm2.

Wydajność detekcji jest duża dzięki korzystnym warunkom georretrycznj'in pomiarów, które odbywają się w kącie bryłowym 20Г . Energetyczna zdolność rozdzielcza komory dla promieniowania alfa wzorcowego źródła 241 Am wynosiła S0-90keV. Częstość zliczeń biegu własnego na 1 сщ2 powierzchni próbki w przedziale energii promieni alfa od 1,5 do JOMeV nie przekraczała 0,5 imp/h.

Widmo promieniowania alfa próbki pyłów, które zmierzono po upływie trzech miesięcy od zakończenia ich poboru, pokazano na rys. 2.

W widmie tym widoczne są piki pochodzące od nromieniowań: RaC',

ThA, 2l0p

239

, 22ó

234ц, 230f

Określenie aktywności poszczególnjch izotopów alfa promieniotwór- czych obecnjch w próbkach środowiskowych, które zavieroja vi el o radionuklidćw, wymaga przeprowadzenia odpowiedniej analaizy zmierzo- nych rozkładów widmowych. Z uwagi na brak opracowań w tym zakresie powstała konieczność przygotowania przez autora metody takiej analizy.

Metoda ta zakłada, że kształty zmierzonych rozkładów widmowych mono- energetycznj'ch promieniowali alfa są dla próbki o danej grubości stałe i niezależne od energii tego promieniowania.

УАPo

ThC

6.0 ^{6,0 E *[MeVJ}

RYS. 2. Widmo promieniowania alfń próbki pyłów pobrany cl:

z powietrza atmosferycznego w Sierszy. Pomiary wykonano spektrometrem z jonizacyjną komorą impul- sową po upływie trzech miesięcy od zakończenia poboru próbki.

Wysokoenergetyczne części widmowych rozkładów impulsów zmie- rzonych dls wzorców uranowych pochodzą tylko od promieniowania alfa RaC' o energii 7,68 MeV. Dzięki temu dla wzorca o dowolnej grubości można wyznaczyć kształt widma pochodzącego od monoenci'ge- tycznego promieniowania alfo.

-U-

Mas\' poszczocóln;. cl, próbok pyUW osn«!yonych na [;."•>.. i o:;.!, 'mi filiró¹) N'il!i;>ore SMV.'i' o śrcćincs' 90 ir.i:i ••• yr.csil¹- od 10 i!:- 60 ir-g.

Wzorce potrzebne do oznaczeń ilościowych ъ-укопулулпо, z a s y s a n e na t;ikie ran-e filtry znane? ilości ruó/ uranów-ej lub torowej. Mc.f> rudy, użytej do wj'konanin wzorccv. , wynosiły od 3,1 do 66 ras;, a viec bvly zbliżone <lo mas pyłów zbieranych na pr<5bUt>oh. Na r y s . 3 przedsta- wiono zmierzone komorą impulsową vdiirao projr.icnicv/ania alia w zorca.

4 00

300

200

100

kan

9M Itt 2K>

U • Ra • Th

RaC¹

2.0 4.0 6jO 8i 0 (MeVI

RYS.3. Widmo promieniowania alfa wzorca wykonanego z 32,5 mg rudy uranowej o stężeniu 0,313 % V3C3 osadzonej na filtrze Millipore SMWP 090.

Pomiary wykonano spektrcnctcrcm z jonizsc v jna komorą impulsową.

Stężeni л poszczególnych izotopów all'n promieniotwórczych w powietrzu licza no к лг/.ysiajac z nas'e.j.-.ij.-iv-ogo równania:

3d/.i o:

V p

A, - jest aktywności:; oznaczanego w próbce i/.otopj alfa promieniotwórczego w jilkj ;

N^ - jest liczbą zliczeń w pierwszym przedziale widmowego

rozkładu impulsów pochodzących od promieni alfa radion.iklidu oznaczonego kolejnym indeksem к ;

V - jest objętością powietrza w m z której pobrano próbkę pyłów;

A - jest aktywnością RaC' wzorca uranowego o grubości takiej samej jaką miała badana próbka pyłów;

N - jest liczb;} zliczeń w pierwszym przedziale widmowego roz- kładu impulsów pochodzących od promieni RaC ' wzorca uranowego;

t i t - są czasami pomiarów widm promieniowania alfa wzorca uranowego i badanej próbki.

Wartości Nj obliczano uwzględniając wzajemne nakładanie się rozkła - dów impulsów pochodzących od promieniowania wszystkich obecnych w próbce izotopów alfa promieniotwórczych. Metoda, za pomocą której wykonywano te obliczenia, była podobna do tej, jaka ciator stosował analizując widma promieniowali beta i gamma [2].

Dokładność oznaczeń wartości stężeń izotopów alfa promieniotwór- czych w powietrzu, które wykonywano za pomocą przedstawionej metody analizy spektrometrycznej, zależy przede wszystkim od błędu, z jakim określane jest N^. Gdy к = 1, wówczas względne odchylenie standar- dowe wyznaczanej wartości stężenia w powietrzu takiego radionuklidu jest mniejsze od 0,1.

Ocena ilościowa składu próbek pyłów alfa promieniotwórczych na podstawie analizy pików widmowych, znajdujących się w środkowych i niskoenergetycznych częściach złożonych widm, może więc być obcią- żona dużym błędem i dlatego pomiary stężeń Unat i T h^{n a}t w powietrzu atmosferycznym Warszawy i Sierszy wykonywane b/ły również metodą neutronowej analizy aktywacyjnej. Różnice w wynikach pomiarów wyko- nanych obiema metodami nie są jednak duże, np. wyznaczone wartości

-16-

średnich stcioń ^'^Ila» i i hnat w powietrzu Sierszy w rok ; 1973 wynosiły:

impulsowa komora jonizacyjna -

S = 2 ;ig/m3, S == 2,9 n^fi/:r.3 ;

l' m t ' "nnt analiza aktywacyjna -

S,, = 1,8 ng/ni~, o o - / T Unal S = 2 , э ng/m3.

l i lnat

3.5. Badania składu pierwiastkowej^ niopromicniotworcy.vch zanieczyszczeń powietrza z.i poiii^ca motof' speKlrjr:eir:i pronii cni o .i"a ń jon i у.л ja cyc li

Badania składu pierwiastkowego próbek pyłów tworzących aerozole w powietrza atmosferycznym wykonywano za pomocą:

a) metody ne.itronowej analizy aktywacyjnej, b) metody rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej.

Pomiary i analiza widm promieni gamma, których emisja jest wynikiem aktywacji badanych próbek pyłów w strumienia neutronów, pozwalają na wykonywanie oznaczeń jakościowych i ilościowych około 40 różnych pierwiastków wchodzących w skład pyłów tworzących aero- zole w powietrzu atmosferycznym [ÓO-67].

Warunki aktywacji próbek pyłów w reaktorze jądrowym i pomiarów widm ich promieniowania gamma oraz przygotowania wzorców ustalono korzystając z licznych opracowań poświęconych neutronowej analizie aktywacyjnej [55,63-72], a także przeprowadzając badania wstępne, które pozwoliły na opracowanie szczegółowej metodyki postępowania.

Pojedynczą próbkę przeznaczoną do aktywacji stanowił wycinek filtru Petrianowa o powierzchni 32 cm- z osadzonym na nim pyłem, który pobrano ze znanej objętości powietrza. Całkowite nasy takich próbek wynosiły 110-180 mg, w tym materiału filtru było 90 mg.

Celem zmniejszenia objętości próbek rozpuszczano je w acetonie, a następnie odparowywano i umieszczano w okrągłych torebkach o śred- nicy 25 mm, wykonanych ze specjalnie dobranej folii polietylenowej.

Próbki te zawijano następnie w folię aluminiową i formowano z nich kolumny składające się ,-. 2~ próbek i 6 rozmieszczonych miedzy nimi wzorców. Wzorce wykonano odparowywując roztwór zawierający: Sc, Cr, Co, Zn, As, Se, Ag, Cd, Sb, W, Hg, Th i U.

Próbki |y\]ów wr.sz /. wzorcami były iiarroinienbiwyw.me w stru- mieniu neuironów 3" lO''"ni"ni"2s"' reaktora : •dr?\eiv'^> "Hwa" w świerku. Czasy aktywacji wynosiły około 'JO h. Pomiiry cielni pro- mieniowania g.imnw • rentgenowskiego promieniowania charakterys- tycznego tych próbek wykonywano za pomocą spektrometrów z de- tektorami Oe(l.i) typu planarnego i koaksialne^o. po 'ipbwie L i 20 tliii od chwili zal.ońezenia aktywacji.

Spektrometrem z planarnym detektorem Ge(Li) mierzono widma rentgenowskiego promieniowania charakterystycznego i promieniowa- nia gamma o energiach fotonów nic przekraczających 120-130 koV.

Widma promieni gamma o większej energii mierzono spektrometrem z koaksialnym detektorem Ge(Li).

W próbkach pyłów pobranych z powietrza atmosferycznego w Sierszy i w Warszawie wykryto metodą neutronowej analizy aktywa- cyjnej 27 następujących pierwiastków: Na, K, Sc, Cr, Fe, Co, /Ca, Se, As, Dr, Rb, Sb, Cs, La, Cc, Nd, F.u, llf, Sn, Tb, Yb, Lu, Ta, W, Hg, Th,i U.

Powszechnie stosowana metoda oznaczeń stężeń poszczególnych pierwiastków /.a pomocą analizy widm promieniowania gamma próbek aktywowanych w strumieniu neutronów została uzupełniona przez jednoczesne prowadzenie dla tych próbek pomiarów i analiz widm ich rentgenowskiego promieniowania charakterystycznego. Taka metoda postępowania pozwoliła autorowi na zwiększenie liczby oznaczanych pierwiastków. Istnieją bowiem takie pierwiastki, których izotopy promieniotwórcze, będąc źródłami rentgenowskiego promieniowania charakterystycznego, emitują promieniowanie gamma z bardzo małą wydajnością lub które w ogóle nie sa emiterami tego promieniowania

[73-73]. " . '

Rentgenowskie promieniowanie charakteryst3'cznc może powstawać w wyniku następujących przemian jądrowych: A~» j i \ wychwytu, elektronu [ЕС] i wewnętrznej konwersji elektronów. Znajomość typu przemiany jądrowej oraz energii rentgenowskiego promieniowania charakterystycznego pozwala na identyfikacje pierwiastków, z których powstały izotop3^r promieniotwórcze będące emiterami tego promienio- wania .

Pomiary rentgenowskiego promieniowania charakterystycznego próbek pyłów pobranych z powietrza atmosferycznego i aktywowanych w reaktorze jądrowym okazały się szczególnie przydatne do oznaczeń Th, U i Hg, a także Sm, Tb, Yb, Hf i Ta.

Drugą podstawową metodą, jaką zastosowano do badań niepromie- niotwórczych zanieczyszczeń powietrza, była rentgenowska analiza

-IS-

fluoroscencyjna [79-553. Sposób, w jnKi badano |>róbki :>y!ó4 oraz.

geomei i", C/PO ^v. j!.!!i:.i ;>o:iii.i!"ó.v określ.".u- przez •../.a lemr.o :': 'aiosz- czenie: badanej próbki, źródia pror.'ieiti o.vaiua v.'/b ldzajnye^o \ detek-

źródło *Am w ksztataie 2Л1 pierścienia o aktywności

100 mCi tarcza Cd

próbka

pierścień z teflonu podtrzymujący

p b

próbkę

detektor Si(Li) obudowa detektora

RYS.4-. Warunki geometryczne wzbudzania i pomiarów promieniowania fluorescencji rentgenov/skiej próbek pyłów.

Źródło promieniowania wzbudzającego typu ANP-24J-1OO zawierało 100 mCi —''Am, osadzonego na pierścieniu z folii aluminiowej, którego średnica wewnętrzna wynosi 23 mm, a zewnętrzna jest równa -0 mm.

Tarcze na które padało promieniowanie ~ Am miały również kształt pierścienia o średnicach: wewnętrznej równej 15 mm i zewnętrznej wynoszącej Ш mm. Wybór rodzaju używanej tarczj' uzależniony był od tego, jaki pierwiastek lub grupę pierwiastków wykrywano i oznaczano ilościowo 4i badanych próbkach.

Widma promieni л'аиы lijorcsccncji rcntgciiowsMiei próbek pyłów mierzono spckiro!::cicr;si /, detektorem ]]л.>| рг/.ехч •'niśt-wym S«(Li).

WcioJa fl-jorescencji rentgenowskiej wykrywasio i. окнас/апо ilościowe, w prć betach pyló.v pobranych z powici iva w War>/.asfin.- i Sierszy, iiasię;>j;:;ire pierwiastki: F c Zn, Pb, Hb. S r , Zr.

Próbki pyłó-.*-- przeznaczone do bndnń ich »klad D pici-wia<?i!iowcgo melodii fljoresceiicji rentgenowskiej, pobierano n.:i filtry Pctrianowa.

Próbki le v/ra/. z inatcriaiet» filtru r«pis/.cz;ino •*' IOIJCHIC, staranniO' mieszano i odparowywano. Powstałą w ten sposób sucha «IKISC ucierano na drobny proszek, z którego za pomocą prasy formowano krążki o średnic}' 20 mm. Masa pojedynczej próbki wynosiła 130 mg, w tym pyłu

było od 50 do 100 mg.

Wzorce,za рлгаоса których przeprowadzano oznaczenia ilościowe, wykonywane były z mieszaniny zawierającej 53 % S I O J i СЪ *а Л^О^ , do której wprowadzano w postaci roztworów ściśle określone ilości oznaczanych w pyle pierwiastków. Po odparowaniu, przygotowany w tętn sposób materiał wzorca był bardzo starannie mieszany. Pojedyncze wzorce wykonywane były z 75 mg mieszaniny SiO-л ? AlgOj oraz 75 «mg materiału filtra Petrianowa. Sposób przygotowywania wzorców był taki sam, jaki stosowano przy formowaniu próbek badanych pyłów. Wykonane tak wzorce były bardzo podobne do badanycli próbek pyłów, z uwagi na posiadane przez nic własności absorpcji i rozpraszania promieniowania rentgenów ski ego.

Szczegółowa analiza czynników, które mogły zniekształcać wyniki pomiarów stężeń żalaza, cynku i ołowiu w próbkach pyłów, wykazała, że praktycznie ważną jest jedynie poprawa tych wyników, uwzględnia - jąca pochłanianie i rozpraszanie w próbkach promieniowania wzbudza- jącego i wzbadzanego w nich promieniowania flaorescencji rentgenow- skiej. Podawane w literaturze [37-83] równanie pozwalające obliczyć stężenie oznaczanego w próbce pierwiastka z uwzględnieniem osłabienia i rozproszenia promieniowania wzbudzającego i wzbudzanego promienio- wania fluorescencji rentgenowskiej w materiale próbki ma postać:

gdzie:

N i W_Pi

wj - ^są zmierzonymi częstościami zliczeń w widmowych pikach fotoelektrycznych rentgenowskiego promienio-

wania fluorescencji oznaczanego pierwiastka, które zostało wzbudzone w próbce i u-e wzorcu;

-20-

Mp i M

- są to inasy próbki i wzorca,

Kj - jest współczynnikiem określa jaevrn efektywność \vzb.>- d/.nnia i detekcji vybranej <io poaiiarów linii widmowej promieniowani;! fluorosconcji rentgenowskiej 'vrjezanego picrwi.-istka;

F| - jest współczynnikiem poprawy na osłabienie •:/ maier.alo badanych próbek promieniowali wzbudzającego i wzbudza- nego.

Obliczenie wartości współczynników Fj i Kj jest uciążliwe, a często i niemożliwe, dlatego zastosowano metodą doświadczalnego wyznaczania wartości współczynnika Fj, podaną przez F.W. Reutera [?7l. Określenie wartości stężeń poszczególnych pierwiastków w badanych próbkach za pomocą równania 3.3 jest jednak w dalszym ci-sgu uciążliwe, a prak- tycznie również niezbyt pewne, gdyż wymaga obliczania odpowiednich wartości współczynnika Kj, który zależy od sześciu różnych czynników oraz nie uwzględnia osłabienia promieniowali wzbudzającego i wzbudza- nego w samym wzorcu.

Biorąc pod uwagę, że wartość współczynnika Kj zależy od: liczby atomowej wzbudzanego pierwiastka, energii fotonów promieniowania wzbu- dzającego, efektywności zliczeń stosowanego do badali spektromelru i wa- runków geometrycznych pomiaru - autor wyprowadził następujące równanie za pomocą którego określano stężenia poszczególnych pierwiastków obecr nych w pyłach zanieczyszczających powietrze:

gdzie:

iS

( N J - jest odczytaną "z wykresu wartością stężenia oznaczanego

w

pierwiastka w g/g odpowiadającą liczbie zliczeń N„ zmie- rzonej w widmowym piku fotoelektrycznym rentgenowskiego promieniowania charakterystycznego wzbudzonego w bada- nej próbce. Wykres taki, wyznaczony dla ołowiu, poka- zano na rys.5,

~F ( E ) i F (EJ - s ą współczynnikami poprawy na osłabienie wzbudzającego i wzbudzonego promieniowania fluores- cencji rentgenowskiej w próbce i we wzorcu. \V\'znaczone doświadczalnie wartości tych współczynników przedsta- wiono w formie wykresów na rys.6,

t

i t

- są czasami pomiarów promieniowań fluorescencji rentge- nowskiej wzl

wzorcu £ sj],

W D

nowskiej wzbudzonych w badanej próbce pyłów i we

N

2000

1500

1000

500

1000 2000 3000 4000 SC00 6000 7000 r^{p p m р ь} j

RYS. 5. Wykres wyznaczonej doświadczalnie zależności miedzv stężeniem ołowiu we wzorcu i liczbą zliczeń odpowiccia- jącą powierzchni (bioelektrycznego piku widmowego rent- genowskiego promieniowania charakterystycznego ołowiu.

dla próbek - dla wzoraw

U- li. Z

z f i i i ^s.

10 12 13 15

RYS.6. Wykresy zależności współczynników Fp i FVv. od energii fotonów rentgenowskiego promieniowania charakterys- tycznego.

-22-

lvi - jest masą oznaczanego pierwiastka

V - jest objętością pcuvietrzn, /. której pobrano próbkę pyiów fin ].

Przedstawiona tutaj metoda postępowania, której celem jest popra- wa wyników pomiarów z uwagi na znic-kszialcenm powodowane pochła- nianiem i rozpraszaniem promieniowania w zb .id/.-i ja с ego i promienio- wania fluorescencji rentgenowskiej w samej próbce, nawiązując do .istniejących już metod ma w porównaniu z nimi następujące ważne

praktyczne zalety:

- uwzględniony został wpływ osłabienia i rozproszenia promienio- wania wzbudzającego i wzbudzonego promieniowania fluorescencji rentgenowskiej we wzorcu na wyniki pomiarów,

- w równaniu stosowanym do obliczeń stężeń nie występuje współ- czynnik Kj , '

- całkowite masy badanych próbek mogą być duże, od kilkudzie- sięciu do kilkuset mg, co pozwala oznaczać w nich małe war- tości stężeń, stosując zamiast lamp rentgenowskich izotopowe źródła promieniowania wzbudzającego o niewielkiej aktywności;

- przygotowanie odpowiednich wzorców jest bardzo łatwe.

3.6. Ocena dokładności pomiarów

•

Dokładności wyznaczenia stężeń poszczególn3'ch izotopów promie- niotwórczych i pierwiastków stabilnych w powietrzu atmosferycznym określano, obliczając dla nich wartości odchyleń standardowych.

Postępowanie takie uzasadnia to, że stężenie danego pierwiastka w powietrzu określane metodami analizy spektrometrycznej promieniowań jonizujących posiada wariancje, gdyż jest funkcją zmiennych losowych:

liczby zliczeń odpowiadającej powierzchni fotoelektrycznego piku widmo- wego, efektywności zliczeń spektrometru, stosunku wartości strumieni neutronów napromieniowujących badaną próbkę pyłów i wzorzec w ka- nale aktywacyjnym reaktora jądrowego, współcz3Tiników poprawy na osłabienie wzbudzającego i wzbudzanego promieniowania fluorescencji rentgenowskiej, a także objętości powietrza z której pobrano próbkę, mas próbek i wzorców, czasu poboru próbki, czasu przerwy między poborem i pomiarem, czasu pomiaru itp. f_ 90J.

-23-

L. WPŁYW WYBUCHÓW JĄDROWYCH NA WARTOŚCI STĘŻF.Ń .SZTUCZNYCH IZOTOPÓW PROMIt-N'lOTWORC/.YCH W PRZYZIEMNEJ WAKSTVH: POWIETRZA W POLSCK

Sztuczne izotopy promieniotwórcze obecne w powietrzu atmos- ferycznym pochodzą przede wszystkim z wybuchów jądrowych doko- nywanych w atmosferze. Wartości stężeń tych izotopów w powietrzu obszarów oddalonych o tysiące kiiometrów od rejonu wybuchu zależą m.in. od szerokości geograficznej miejsca poboru próbki.

1.1 0.93

35' 40' 45° 50" 55

60*. 65' Szerokość geograficzna północna

70'

RYS.7. Wykres zmian średnich rocznych stężeń

w przyziemnej warstwie powietrza atmosferycznego w roku 1971 w zależności od szerokości geograficz- nej miejsca poboru próbki [91].

-2Д-

Na O's.7 przedstawiono, opracowany przez W.Kolba

wykres zmian śroiłnich rocznych wartości sieżcń >o7os w przy- ziemnej warstwie powietrza atmosferycznego w roku 197J w za- leżności od szerokości geograficznej miojsen poboru próbki. Jako miejsce odniesienia, dla którego średnią roor.na wartość stężenia 13'Cs przyjęto zn równa jedności, wybrano Brunswirh (52°1?'N, 1O°23'H). Polska zajmuje obszar, którego skrajne punkty nn połud- niu i północy mają szerokości geograficzne X9°0'N i 5-°5O'M.

Zgodnie z wykresem przedstawionym na rys.7 należy się. więc spo- dziewać, że różnice średnich roczn3

ch wartości siężeń izotopów

sztucznie promieniotwórczych w powietrzu tych dwóch skrajnych re- jonów Polski powinny być mniejsze od 20 %.

Systematyczne badania zmian stężeń poszczególnych izotopów promieniotwórczych w powietrzu atmosferycznym, których wyniki przedstawiono w niniejszym opracowaniu, rozpoczęte zostały v/ paź- dzierniku 1972 r.

W latach 1972-1977 przeprowadzonych zostało około 30 ivybuchow jądrowych w atmosferze. W większości były to wybuchy ładunków jądrowych małej mocy, wykonane przez Francję w południowej części Oceanu Spokojnego. Wybuchy te, jak również doświadczalna eksplozja jądrowa, która miała miejsce w Indiach, nie spowodowały odczuwalnego wzrostu stę?enia izotopów promieniotwórczych w po- wietrzu na terenie Polski. Źródłem zanieczyszczeń powietrza atmo- sferycznego naszego kraju przez izotopy sztucznie promieniotwórcze były chińskie wybuchy ładunków jądrowych dużej mocy wykonane w atmosferze. Daty tych wybuchów podano w tablicy 3.

TABLICA 3. Daty wybuchów jądrowych dokonanych przez Chiny w atmosferze w latach 1972-1977.

Data wybuchu 7.1.1972 lS.ni.1972 26. VI. 1973 17. VI. 1974 23.1.1976 26. IX.1976 17. XI. 1976 17.IX.1977

Miejsce W3'buchu Azja Centralna

•i II

u _^ II II II _ u _ _ и

it II

•i и _n_ _ u

Wybuchy jądrowe przeprowadzone w ostatnich latach w alm;

- sierzi* spowodowały, że całkowite akty.v:;ości dl!ijio/.Yj:ii"}\:h sztucznych izotopów promieniotwórczych, znajdujących się w śro- dowisku Ziemi, nie uległy poważniejszym unianom pomimo ich na- turalnego rozpadu [92j. W tablicy 4 podano aktywności - Sr

137 Które w latach 1Э71-1;175 zostaiy odprovai'xono dc» śro- dowiska naszej planety, oraz wartości całkowitej depozycji łych radionuklidów na рл..-ierzchni Ziemi poprawione z iiv.-agi na ich rozpad w czasie.

TABLICA 4. Aktywności Sr i Cs odprowadzeń;'_h do atmosfery w latach 1971-1975 oraz wartości całkowitej depozycji tych radionuklidcW.' w środowisku Ziemi poprawione z uwagi na ich rozpad w czasie, w PBq.£l PBq- }_ MCi]

o/

Rok

1971 1972 1973 197^

1975

Północna półkula

9 0

S r

5,2 2,6 1,9

137

8,9 4,4 4.S 3,3

Cala

9

°Sr

3,3 9,6

5,9 5,2

Ziemia

137

16,3 9,3 10,4 7,8

8,5

Całkowita depo- zycja v/ środo- wisku Ziemi

9 0

S r

1 3 7

C s

713 707 699

Wyniki pomiarów stężeń sztucznych izotopów promieniotwórczych i 'B w przyziemnej warstwie powietrza atmosferycznego, które wyko- nywane były na terenie Sierszy od listopada 1У72 r. do lutego 1Э75 r.

i w Warszawie od października 1974 r. do grudnia 1Э77 r.-, przedsta- wiono w tablicach 5 i o oraz w formie histogramów na rys.S-12.

Na tych samych rysunkach, obok histogramów wykonanych na podstawie pomiarów przeprowadzonych w Sierszy, przedstawiono odpowiednie histo- gramy ilustrujące zmiany wartości stężeli sztacznych izotopów promie- niotwórczych w powietrzu rejonów Środkowej Anglii C3,2l i Nowego Yorku [93] - stacje badawcze w Chilton (5l

30'

N, l ° 0 ' W ) i w No- wym Yorku (40°48' N, 73°56' W). Porównanie przedstawion3

ch

-26-