Rádiometrický prieskum

Metódy rádiometrie sú založené na meraní emitovaného žiarenia rádioaktívnymi prvkami obsiahnutými v horninovom komplexe.

Využitie rádiometrického prieskumu

  • Geologické mapovanie
  • Vyhľadávanie uránu a vzácnych kovov
  • Mapovanie tektoniky
  • Geofaktory životného prostredia

Teoretické základy

Rádioaktivita patrí k zložkám životného prostredia počas celej existencie našej planéty. Celá biosféra sa počas svojej existencie permanentne nachádza v rádioaktívnom poli. Rádioaktívna záťaž je vyvolaná mimozemskými a pozemskými zdrojmi (tieto môžeme ďalej rozdeliť na prirodzené a umelé). Podľa spôsobu pôsobenia na človeka rádioaktívne pole môžeme rozdeliť na vonkajšie a vnútorné.

Rádioaktívne žiarenie je emitované pri rozpade rádioaktívnych prvkov, či už pôsobením vonkajšieho žiarenia, alebo vnútornou nestabilitou.

Rádioaktivita je jav, pri ktorom sa jadrá atómov určitého prvku samovoľne premieňajú na jadra iného prvku, pričom je emitované vysokoenergetické žiarenie. Jadrá vykazujúce túto vlastnosť sa nazývajú rádionuklidy.

Rádioaktivitu v horninách spôsobuje z  viac ako 230 rádionuklidov hlavne zastúpenie 40K, 238U, 232Th. Tórium a urán vytvárajú prírodné rádioaktívne rozpadové rady, ktorých členy sú nestabilné a vystupujú ako zdroje rádioaktívneho žiarenia.  Dôležitým členom týchto rozpadových radov je plynný prvok radón.

Draslík 40K je všeobecne rozšíreným prírodným (primárnym) rádionuklidom s veľmi dlhým polčasom rozpadu 1,26.109 rokov.

Urán 238U (T1/2 = 4,51.109 rokov) je vďaka svojmu dlhšiemu polčasu najrozšírenejším druhom uránu v prírode. Dá sa tiež využiť ako štiepny materiál, avšak nie priamo, ale cez plutónium, ktoré v atómovom reaktore vzniká z 238U pohltením neutrónu.

Tórium 232Th (T1/2=1,39.1010rokov) patrí k najrozšírenejším prírodným rádionuklidom obsiahnutým v horninách zemskej kôry (spolu s 40K).

V prírode sa urán nachádza v troch formách: jednak tvorí samostatné minerály, jednak je izomorfne primiešaný v horninotvorných mineráloch a vyskytuje sa i v rozptýlenej forme. Tórium je litofilným prvkom a pri magmatickej diferenciácii sa koncentruje v neskorých štádiách a nahrádza prvky vzácnych zemín. Draslík je tiež litofilným prvkom, s kremíkom, sodíkom a vápnikom je hlavným horninotvorným prvkom. Jeho nahromadenie nastáva pri draselnej metasomatóze.

Najvýznamnejším zdrojom prírodného žiarenie je radón, ktorý spolu s dcérskymi produktami rozpadu spôsobuje asi polovicu radiačnej záťaže na obyvateľstvo. Izotopy rádónu ( 222Rn – radón – polčas rozpadu 3.82 dňa, 219Rn – aktinón – polčas rozpadu 3.92 sekundy a 220Rn – torón – polčas rozpadu 55.3 sekundy).

V horninovom prostredí sa radón šíri difúziou a konvekciou. Z pôdy radón prestupuje  do obytných priestorov trhlinami, otvormi, prasklinami, inštalačnými prestupami v podlahe.

Prírodná rádioaktivita vôd je daná obsahom rozpustených pevných a plynných prírodných rádioaktívnych látok. Najčastejšie sú vo vode zastúpené rádionuklidy 238U+234U označované ako Unat, 226Ra, 222Rn.

Druhy žiarenia

Žiarenie alfa: Ak javí jadro rádioaktivitu alfa, rozpadá sa vymrštením rýchle letiacej častice alfa, zloženej z dvoch neutrónov a dvoch protónov. Následkom straty dvoch protónov sa atóm premení na iný prvok, ktorý má atómové číslo znížené o 2 jednotky. Žiarenie alfa sa normálne vyskytuje u ťažkých prvkov.

Žiarenie beta: Pri rozpade typu beta sa neutrón premení na protón, alebo naopak pričom dochádza k vymršteniu častice beta, aby bola zachovaná rovnováha elektrických nábojov a aby bol uvoľnený prebytok energie. Atóm sa stane prvkom v postupnosti o jednotku vyšším alebo nižším.

Žiarenie gama: Po vyžiarení častice alfa, alebo beta neostáva vždy jadro v najstabilnejšom stave zostávajúca nadbytočná energia môže byť uvoľnená vo forme žiarenia gama, čo je forma elektromagnetického žiarenia podobne ako röntgenové žiarenie, svetlo rádiové vlny alebo mikrovlnné žiarenie.

Emisia neutrónov: Nastáva, keď sa veľmi ťažké nestabilné jadra samovoľne štiepia rozpadom na dva veľké úlomky a uvoľňuje sa niekoľko voľných neutrónov

Jednotky a pojmy používané v rádiometrii

Hmotnostná koncentrácia je pomer hmotnosti rádionuklidu k jednotkovej hmotnosti látky.

Objemová koncentrácia je pomer hmotnosti rádionuklidu v danom objeme k objemu vzorky.

Objemová aktivita Pomer aktivity rádionuklidu v látke daného objemu k objemu vzorky – jednotka becquerel na liter (bg.l-1), (becquerel vyjadruje počet rádioaktívnych premien za sekundu).

Ožiarenie Jednou z najskôr meraných vlastností x-lúčov bola ich schopnosť ionizovať vzduch. V roku 1928 International Congress of Radiology špecifikoval túto vlastnosť ako spôsob merania množstva x-radiácie a jednotka ožiarenia bola nazvaná röntgen , (R).

Röntgen je definovaný ako množstvo x- alebo gamma radiácie, ktoré bude produkovať ionizáciou jednu jednotku elektrostatického náboja v 1 kubickom centimetri suchého vzduchu. SI jednotka ožiarenia je coulomb na kilogram (C.kg-1). Koncept ožiarenia je teraz zriedkavo používaný v radiačnej ochrane, ale je zvyčajne rezervovaný pre vyjadrenie schopnosti expozície rádioaktívneho zdroja radiácie.

Aktivita Je počet rádioaktívnych rozpadov za jednotku času v danom množstve rádioaktívnej látky. Jednotkou aktivity je becquerel. Jeden becquerel (Bg) predstavuje jeden rozpad za sekundu. Predtým sa aktivita udávala v curie. Jedno curie sa rovná 37 000 miliónom becquerelov.

Absorbovaná dávka udáva množstvo žiarenia deponované v materiáli, ktorým prechádza. Jednotkou absorbovanej dávky je gray (Gy). Predstavuje dávku žiarenia, ktorá spôsobí že sa v jednom kilograme materiálu absorbuje 1 joule energie.

Dávkový ekvivalent (expozícia) berie ohľad na skutočnosť, že niektoré druhy ionizujúceho žiarenia sú viac nebezpečné než iné. Ekvivalent je absorbovaná dávka v grayoch násobená príslušným akostným koeficientom . Energetickým neutrónom sa napr. pripisuje akostný faktor 10, žiareniu alfa akostný faktor 20. Jednotkou dávkového ekvivalentu je sievert. Predtým sa táto veličina merala v REM 100 rem= 1 sievert (Sv).

Efektívny dávkový ekvivalent. Pretože rôzne časti tela sú rovnakým žiarením postihnuté rôzne je k výpočtu celkového ohrozenia tela expozíciou jednotlivých častí potrebné vedieť váhový činiteľ. Tento váhový činiteľ násobený dávkou orgánu vyjadruje ekvivalentnú celotelovú expozíciu. Udáva sa v sievertoch.

Prevodné vzťahy medzi jednotkami

aktivita, A 1 Ci = 3,7 .1010 Bq
expozícia, X 1 R = 2,58.10-4 C.kg-1
expozičný príkon, Xo 1 R.s-1 = 2,58.10-4 A.kg-11 mR.h-1 = 7,17.10-14 A.kg-11 mR.h-1 = 71,7 pA.kg-1
dávka, D 1 rad = 10-2 Gy
dávkový príkon, Do 1 rad.s-1 = 10-2 Gy.s-1
absorbovaná dávka gama žiarenia vo vzduchu, Da 1 R = 8,69.10-3 Gy
dávkový príkon gama žiarenia vo vzduchu, Do a 1 mR.h-1 = 8,69 nGy.h-11 mR.h-1 = 2,425 pGy.s-11 pGy.s-1 = 3,6 nGy.h-11 pA.kg-1 = 121,814 nGy.h-1
hmotnostná aktivita 40K, amK 1 % K = 313,0 Bq.kg-1 40K
hmotnostná aktivita 226Ra, amRa 1 ppm U = 12,35 Bq.kg-1 226Ra1 ppm U = 1 · 10-4 % U
hmotnostná aktivita 232Th, amTh 1 ppm Th = 4,06 Bq.kg-1 232Th1 ppm U = 1 · 10-4 % Th
ekvivalentná hmotnostná aktivita 226Ra, aekv aekv = amRa + 1,25 amTh + 0,086 amK
príkon dávky žiarenia gama vo vzduchu, D°a D°a = 13,139 K + 5,701 eU + 2,506 eTh

Meracie prístroje

Terénny gamaspektrometer - 256 až 1024 kanálový záznam, digitálny záznam
Terénny gamaspektrometer – 256 až 1024 kanálový záznam, digitálny záznam

 

Výstupné produkty

Obsah Draslíka
Obsah Draslíka

 

Obsah Uránu
Obsah Uránu

 

Obsah Tória
Obsah Tória

 

Úhrnná gamaaktivita
Úhrnná gamaaktivita

 

Dávkový príkon
Dávkový príkon

 

Mapa radónového rizika
Mapa radónového rizika

 

Prírodná rádioaktivita vôd - U
Prírodná rádioaktivita vôd – U

 

Prírodná rádioaktivita vôd - Ra
Prírodná rádioaktivita vôd – Ra

 

Prírodná rádioaktivita vôd - Rn
Prírodná rádioaktivita vôd – Rn

 

Mapy pomerov rádioaktívnych prvkov
Mapy pomerov rádioaktívnych prvkov

 

Ternary mapa (K, U, Th)
Ternary mapa (K, U, Th)