Építőanyagok és gamma-sugárzás

7. Építőanyagok és gamma-sugárzás

7.1. Kültéri, háttér gamma-sugárzás Magyarországon

7.2. A beltéri gamma sugárzás a hazai épületekben

Az épületekben mért dózisteljesítmény legfőbb forrása az épület szerkezeti elemeit alkotó építőanyagokban lévő radioizotópok gamma-sugárzása. A beltéri gamma-sugárzás nagyságát tehát elsődlegesen a felhasznált építőanyagok mennyisége, radioaktivitása és az épület szerkezeti kialakítása határozza meg. Az értéke idővel lényegében nem változik a bomlási sorok elején lévő izotópok bomlási sebességének (felezési idejének) nagysága miatt. Ezek az izotópok már a Föld keletkezésekor is jelen voltak. A beltéri gamma-sugárzási szint tehát egy kvázi állandó érték, ami csak az épületszerkezeti elemeket és a burkoló anyagokat érintő felújításkor változhat meg.

A különböző építőanyagok radioaktivitása jól jellemezhető a felszínüknél mért gamma-dózisteljesítmény értékkel. Dózisteljesítménynek a biológiai kockázatot kifejező effektív dózis (mértékegysége a Sievert, Sv) egy órányi időtartamra vetített értékét nevezzük (mértékegysége a Sv/h). A gamma-dózisteljesítmény mérések azt mutatják meg, hogy az adott mérési ponton egy órát tartózkodva mekkora sugárterhelés (dózis) éri a szervezetünket a mérési pont környezetében levő gamma-sugárzó izotópoktól.

A beton szerkezetek, a terméskő (mészkő), gipszkarton és az Ytong falazó elemek a legkisebb a radioaktivitásúak. A felületükön általában 90 és 130 nSv/h (nano Sievert = 10^-9 Sievert) közötti érték mérhető. Az égetett agyagtéglák felszínén ennél több, rendszerint 120 és 190 nSv/h közötti dózisteljesítmény értékek mérhetők. A salakbeton blokkok radioaktivitása a legmagasabb a falazó anyagok közül.

Falazó anyagok a felszínükön mérhető gamma-sugárzás értékek
nagysága szerint növekvő sorrendben:

fa -> beton, gipszkarton, mészkő, Ytong -> gázszilikát -> (égetett agyag) tégla ->salakbeton, vulkáni tufa

Az épületekben mérhető gamma-sugárzás átlagosan kb. 150 nSv/h, a szabadban, természetes környezetben mérhető érték átlagosan kb. 100 nSv/h. Azaz a beltéri sugárzási szint a szabadban mérhető értéknek kb. a 1,5-szerese. Ennek oka az építőanyagokban lévő természetes izotópok nagyobb koncentrációja és a térfogatarányosan vett nagyobb (beépített) mennyisége.

szabadban es epuletben 1m magasban mert gamma sugarzas

A lakóépületen belüli gamma-dózisteljesítmény megengedhető szintjére nincs meghatározott határérték, azonban a 487/2015 (XII. 30.) Korm. rendelet értelmében a forgalomba hozandó építőanyagok gamma-sugárzásból származó, a természetes háttérszint feletti többlet külső sugárterhelés vonatkoztatási szintje 1 mSv/év (mili Sievert: 10^-3 Sievert). 1 mSv = 10⁶ nSv.

Az átlagos magyarországi háttérsugárzás kb. 100 nSv/h. Az 1 mSv/év-nek 250 nSv/h többlet gamma-dózisteljesítmény feleltethető meg, azaz 350 nSv/h beltéri gamma-dózisteljesítmény környezeti dózisegyenértékben kifejezve.

7.3. Az építőanyagok radioaktivitása

Az építőanyagok természetes anyagok felhasználásával készülnek, ezért bennük a természetes izotópok ugyanúgy megtalálhatók. Közülük a mennyiségük és a dózisteljesítmény-járulékuk alapján az ²³⁸U és ²³²Th bomlási sorok elemeinek, valamint a ⁴⁰K-nek a legnagyobb a jelentősége. Az intézetünk által végzett vizsgálatok alapján, összhangban az irodalmi adatokkal, az építőanyagok radioaktivitása típusonként jelentősen változó, de egy-egy anyagfajtán belül szűkebb tartományon belül eső értékeket mutat. Vizsgálataink azt is megmutatták, hogy a különböző típusú építőanyagok radioaktivitása jól jellemezhető a felszínükön mért gamma-dózisteljesítmény értékkel. Tapasztalatunk szerint a beton szerkezetek, a terméskő (mészkő), a gipszkarton és az Ytong falazó elemeknek a legkisebb a radioaktivitása. A felületükön általában 80 és 110 nSv/h (nano Sievert = 10^-9 Sievert) közötti értékek mérhetők. Nagyságrend szerint ezeket követi a sorban a gázszilikát (más néven gázbeton) blokkos falazó elemek, amelynek a felszínén jellemzően 90 és 160 nSv/h közötti értékek mérhetők. Ennél valamivel nagyobb a radioaktivitása az égetett agyagtégláknak. A felszínükön általában 130 és 170 nSv/h közötti dózisteljesítmény értékek mérhetők. A falazó anyagok közül a salakbeton blokkoknak és a vulkáni tufának a legmagasabb a. radioaktivitása. A felszínükön általában 150 – 290 nSv/h értékek mérhetők. Ezt mutatja be az alábbi ábra.

A blokkos gázszilikát falazó anyagokkal kapcsolatban érdemes megjegyezni - ahogyan az alábbi ábra is mutatja -, a felhasználásukkal készült épületekben általában kisebb gamma-sugárzás értékek mérhetők, mint a hasonló méretű és adottságú, de hagyományos égetett agyagtéglából készült épületekben. A gázszilikát anyagot az egyöntetű szürke színéről, a porózus, szivacsra emlékeztető szerkezetéről és a relatív csekély mechanikai keménységéről könnyű felismerni. A gázbetont a ’60-as években kezdték el széleskörűen gyártani és alkalmazni és a ’90-es évek elején hagyták abba a gyártását hazánkban.

Ezzel szemben a salakbeton alkalmazása hazánkban főként az ’50-es, ’60-as és ’70-es évekre esett. Az előre gyártott blokkos és paneles elemek mellett, készültek házilagos és helyszíni csúszózsalus kivitelben is. A felhasznált salak mennyisége és származási helye is változó volt, ily módon a megjelenési formájuk és a radioaktivitásuk is széles skálán mozog. Elmondható, hogy általában magasabb a radioaktivitásuk, mint a hagyományos égetett agyagtégláké és a mechanikai keménységük is sokkal nagyobb.

3 Falazó anyagok radioaktivitása 20240528

Építőanyagok és falazó anyagok radioaktivitása

Az építőanyagok közül a legnagyobb radioaktivitást a salakok mutatják, amelyet az 1800-as évek vége óta alkalmaztak feltöltésként elsődlegesen födémekben és a padlástérben szigetelő anyagként. Feltöltésként megtalálhatók a házak aljzatlemeze alatt is vagy közvetlenül a padlóburkolat alatt. A salakfeltöltés közelében mérhető gamma-sugárzás jelentősen függ a beépítésre került salak radioaktivitásától és mennyiségétől, valamint a beépítés módjától.

A legmagasabb értékek rendszerint padlószinten mérhetők akkor, ha a salakfelöltésre közvetlenül tették rá a fából készült padlóburkolatot (párnafa, vakpadló, parketta). Vizsgálataink alapján az itt mért értékek zöme 160 és 400 nSv/h közötti volt. Ennél alacsonyabb, jellemzően 140 és 250 nSv/h közötti értékek mérhetők a salakfeltöltést tartalmazó mennyezet alatt. Ilyenkor a felső födémet alkotó anyag leárnyékolja a beépített salak lefele irányuló sugárzását.

Általában jelentősen csökkenthető a beltéri gamma-sugárzás, ha a padlóban lévő salakfeltöltést legalább néhány cm-es vastagságú betonréteg fedi. Az ilyen esetekben mért értékek hasonló eloszlást mutattak, mint a salakos mennyezet alatti esetekben mértek. Ezt mutatja be az alábbi ábra.

7 Salakos statisztikák 20407

Salakos helyiségekben mért gamma-sugárzások statisztikái

A salakok kapcsán fontos megjegyezni, hogy bár a salakbeépítést nem tartalmazó épületekhez képest általában magasabb beltéri gamma-sugárzás értékeket mérünk, de ezek a fentebb hivatkozott, származtatott referenciaszinthez képest alatta, egy elfogadható szinten belül maradnak. Ily módon a legtöbb salakos épületben sugáregészségügyi szempontból nincs szükség beavatkozásra. A salakok sugárzásának nagyságáról a legcélravezetőbb egy megfelelő érzékenységű, mérésügyi hivatal által bevizsgált mérőműszerrel végzett, helyszíni felmérés keretében meggyőződni egy vizsgálatban jártas szakember bevonásával.

8 Salakos vs nem salakos ép gamma

Salakos és salak nélküli épületekben mért átlagos gamma-sugárzások

7.4. A gamma-sugárzás mérése

Az épületekben mérhető természetes sugárzási terek (gamma-sugárzások) nagysága jóval kisebb, mint az iparban, vagy gyógyászatban használt mesterséges radioaktív források, illetve ionizáló sugárzást előállító berendezések környezetében mérhető sugárzási szintek. Ezért a beltéri gamma-sugárzás vizsgálatokhoz alacsony méréstartománnyal és megfelelő érzékenységgel bíró eszközt kell használni.

A padló, a falak és a mennyezet felszínén gyakran eltérő értékeket mérhetünk, tőlük távolodva pedig csökkenőt a radioaktivitásuk függvényében. Így egy-egy helyiség különböző pontjaiban mért eredmények összehasonlításával információt kapunk az építőanyagok radioaktivitásáról és a dózistér eloszlásáról. Az emberi test sugárterhelésének meghatározásához az 1 m magasságban mért értékeket szokás alapul venni.

Geiger-Müller (GM) csöves számlálók

A GM csövek az ionizáló sugárzások (α, β, γ-sugárzás) intenzitás mérésének egyik leggyakoribb és legismertebb eszközei. A proporcionális gáz-ionizációs detektorok családjába tartoznak és alkalmasak radioaktív anyagok jelenlétének kimutatására. Felépítését tekintve általában vékony falú hengeres fémcső, melynek közepén egy vékony drót található. A cső fala és a drótszál közé feszültséget kapcsolnak úgy, hogy a drótszál a pozitív pólus (azaz az anód) és a cső fala a negatív pólus (azaz a katód). A cső alacsony nyomású nemesgázzal van töltve (például argonnal). A nemesgázok nagyon jó szigetelők, ezért alap esetben az áramkörben nem folyik áram. Az ionizáló sugárzás részecskéi a műszer és a henger falán keresztül lépnek be a cső belsejébe. Ha a belépő részecske elegendő energiával rendelkezik, akkor ionizálja a nemesgázt - pozitív gázionokat és szabad elektronokat hozva létre. A sugárzás által keltett elektronok és ionok a pólusokra kapcsolt feszültség hatására az elektródák felé vándorolnak. Az elektronok átadva a töltésüket az anódnak, elektromos áram impulzust hoznak létre az áramhurokban. A csőben kialakuló áramimpulzusokat megszámlálva az adott radioaktív forrás erősségével arányos beütésszámot kapunk.

Szcintillációs detektorok

A gamma-sugárzás mérhető ún. szcintillációs detektorral, amelyben szerves vagy szervetlen szcintilláló ásványok a töltéssel rendelkező sugár részecskék mozgási energiáját fényfelvillanássá alakítják át. Fontos tulajdonságuk, hogy az ionizáló részecskék energiájával arányos a felvillanás intenzitása, tehát spektroszkópiai (egyes izotópok megkülönböztető kimutatása) célra is használhatók. A sugárzásnak fényenergiává való átalakítása közvetlenül valósul meg gyors töltött részecskék (pl.: protonok, alfa-részecskék és elektronok) esetében. Az elektromosan semleges gamma-fotonokból álló gamma-sugárzás hatására azonban közvetlenül nem keletkeznek detektálható fényjelek. Ezért a gamma-sugárzás detektálása a különböző folyamatok során az általa keltett elektronok révén lehetséges.

A szcintillációs detektor két fő részből áll:

Szcintillátor: az ionizáló sugárzás hatására fényvillanásokat produkál. Lehet szilárd, folyadék vagy gáz.
Fotoelektromos sokszorozó: a szcintillátorhoz optikailag csatolt fotoelektromos eszköz, amely a fényjelet elektromos jellé alakítja és felerősíti. A fotokatódjára jutott fényimpulzus intenzitásával arányos nagyságú elektromos impulzust szolgáltat.

Felhasznált irodalom:

2/2022. (IV. 29.) OAH rendelet Az ionizáló sugárzás elleni védelemről és a kapcsolódó engedélyezési, jelentési és ellenőrzési rendszerről

Az Európai Bizottság 112 számú Sugárvédelmi Alapelvei az Építőanyagok Természetes Radioaktivitásáról, RP 112,1999

https://fizipedia.bme.hu/index.php/Szcintillációs detektorok

https://hu.wikipedia.org/wiki/Geiger-Müller-számláló