praĆenje radioaktivnosti zemljišta na · pdf filetreći niz naziva se...

prof. dr Ištvan Bikit, prof. dr Jaroslav Slivka, prof. dr Miroslav Vesković, prof.dr Miodrag Krmar, prof. dr Nataša Todorović, prof. dr Dušan Mrđa,

mr Sofija Forkapić, Jovana Nikolov, Jan Hansman, Kristina Bikit

IZVEŠTAJ O REALIZACIJI PROJEKTA

PRAĆENJE RADIOAKTIVNOSTI ZEMLJIŠTA NA TERITORIJI GRADA NOVOG SADA

TOKOM 2012. GODINE

ZA GRADSKU UPRAVU ZA ZAŠTITU ŽIVOTNE SREDINE GRADA NOVOG SADA ZA 2012.GODINU

Novi Sad, decembar 2012.

Univerzitet u Novom Sadu Prirodno-matematički fakultet

Departman za fiziku Katedra za nuklearnu fiziku

Laboratorija za ispitivanje radioaktivnosti uzoraka i doze jonizujućeg i nejonizujućeg zračenja 21000 Novi Sad, Trg D.Obradovića 4

TEL:021 455 318 FAX:021 459 367

2

Ovaj izveštaj je napravljen u skladu sa Ugovorom

između Gradske uprave za zaštitu životne sredine, Novi Sad i

Prirodnomatematičkog fakulteta u Novom Sadu

(ugovor br. VI-501-2/2012-35 od 27.aprila 2012.godine) Merenje i analizu rezultata izvršila je akreditovana Laboratorija za

ispitivanje radioaktivnosti uzoraka i doze jonizujućeg i nejonizujućeg

zračenja, Departmana za fiziku Prirodnomatematičkog fakulteta

u Novom Sadu

3

Sadržaj:

1. Prirodna radioaktivnost...................................................................... 4 2. Radioaktivnost zemljišta.................................................................... 19 3. Metodologija merenja........................................................................ 21 4. Rezultati merenja............................................................................... 25 4.1 Poljoprivredno zemljište....................................................... 28 4.1.1 Transfer faktor radionuklida iz zemljišta u biljke.... 36 4.2 Nepoljoprivredno zemljište.................................................. 40 5. Analiza dobijenih rezultata i zaključci.............................................. 45 6. Predlog mera................................................................... 53 7. Rezime...............................................................................................

56

Literatura............................................................................................ 57 Prilozi: 59 Sertifikat o akreditaciji Laboratorije za ispitivanje Rešenje o obimu akreditacije

4

1. Prirodna radioaktivnost

Radioaktivni elementi (radionuklidi) se u prirodi nalaze u vazduhu, vodi i zemljištu i

predstavljaju sastavne delove stena i zemljišta, mora i okeana, građevinskih materijala. Ne postoji

mesto na Zemlji gde nema prirodne radioaktivnost. Postoji preko 1500 različitih radionuklida koji se

mogu podeliti u tri kategorije:

1. Primordijalni (prvobitni) – od pre nastanka Zemlje

2. Kosmogeni – nastali kao rezultat interakcije kosmičkih zraka

3. Veštački – nastali kao rezultat ljudskog delovanja

Pojava prirodne radioaktivnosti vezana je za proces sinteze jezgara. Prva jezgra, i to uglavnom

ona najlakša, formirana su pre nekoliko milijardi godina, kada je po nekim teorijama nastao Svemir, a

proces nukleonsinteze se od tog momenta kontinuirano odvija u središtima zvezda. Tom prilikom,

osim poznatih stabilnih jezgara, formira se i veliki broj nestabilnih. Geološka starost planete Zemlje je

dovoljno duga tako da se najveći deo nestabilnih jezgara koji je ušao u njen sastav prilikom formiranja

sunčevog sistema već raspao. Do današnjih dana, preživeli su neki dugoživeći izotopi, sa periodom

poluraspada većim od 500 miliona godina, kao na primer 40K, 235U, 238U itd.

Većina radionuklida koji postoje na Zemlji (rednog broj Z>82) mogu grupisati u tri

radioaktivna niza. To su uranijum-radijumski, uranijum-aktinijumski i torijumski niz. Od izotopa

praroditelja235U, 238U i 232Th koji se zbog svog dugog perioda poluraspada još uvek nalaze u prirodi,

sukcesivnim radioaktivnim raspadima nastaju radioaktivni elementi – potomci. Poslednji član niza je

jedan od stabilnih izotopa olova Osim ova tri, u laboratorijskim uslovima, je putem nuklearnih reakcija

stvoren i četvrti, neptunijumski niz. Osnovni procesi transformacije jezgara kod ovih nizova su alfa i

beta raspad. Osnovne karakteristike četiri radioaktivna niza, date su u Tabeli 1.

Tabela 1. Neke od osnovnih karakteristika radioaktivnih nizova

ime niza polazno jezgro

period poluraspada [godina] krajnji član

torijumov 232Th 1.4·1010 208Pb

uranijum-radijumov 238U 4.5·109 206Pb

uranijum-aktinijumov 235U 7.2·108 207Pb

Tabele 2 i 3 prikazuju članove prva dva niza, kao i odgovarajuće energije emitovanih gama

kvanata i verovatnoće njihove emisije po svakom raspadu člana niza.

5

Tabela 2. Niz uranijuma 238U

6

Radioizotopi 232Th, 238U i 235U imaju ekstremno duge periode poluraspada koji su nekoliko

redova veličine duži od perioda poluraspada onih njihovih potomaka sa najdužim periodima

poluraspada. To za posledicu ima uspostavljanje sekularne radioaktivne ravnoteže pri kojoj je

aktivnost svakog potomka jednaka aktivnosti rodonačelnika niza. Međutim, neki potomak može da

nastane kao rezultat dezintegracije pretka koji se raspada i nekim drugim kanalom raspada. Aktivnost

nastalog potomka je tada konstantan deo aktivnosti rodonačelnika niza i zavisi od verovatnoće raspada

njegovog pretka po kanalu raspada u kojem posmatrani potomak nastaje.

Treba obratiti pažnju na grananje niza koja nastaje kod izotopa koji imaju dvojaku mogućnost

raspadanja (- i ), o čemu je već bilo reči u prethodnom odeljku.. Ta pojava je zajednička za sva tri

niza. Druga zajednička osobina za sva tri niza je prisustvo izotopa inertnog gasa radona koji u većoj ili

manjoj meri emanira iz matrice u kojoj se generiše.

Prva od tri niza – niz urana – počinje izotopom 238U a završava se stabilnim 206Pb. Maseni

brojevi svih članova ovog niza predstavljeni su formulom (4k+2), gde je k neki od celih brojeva

između 51-59. Danas se u litosferi uran javlja u iyotopskom sastavu 238U (99.275%), 235U (0.720%) i 234U (0.005%). Mali procenat 235U posledica je njegovog perioda poluraspada od 7.04x108 godina, što

ukazuje na to da ga je na ranoj Zemlji bilo oko 40 puta više, te se u prirodi često odigravala spontana

fisija.

Pre 2 milijarde godina u prirodnoj smeši izotopa uranijuma bilo je oko 3% 235U, kao u mnogim

savremenim nuklearnim reaktorima. Podzemen vode koje su proticale kroz depozite 235U usporavale

su neutrone i podržavale su lančani proces fisije (moderator). Izotopski ostaci ovakve spontane lančane

reakcije pronađeni su u rudniku uranijuma Oklo (Gabon). Ogromna energija i radioaktivno zračenje

izazvali su promene u prirodi.

U primarnim geohemijskim sredinama obrazuju se različiti tipovi magmatskih i metamorfnih

stena, ruda i duboke podzemne vode u čiji sastav ulaze radionuklidi. Koncentarcije prirodnih

radionuklida u stenama se kreću u vrlo širokom intervalu. U sekundarnim geološkim sredinama usled

interakcije, prvenstveno voda-stene radionuklidi prelaze u mobilnu fazu te usled razlike u

geohemijskim osobinama može da dođe do značajnih razdvajanja prirodnih radionuklida.

Radijum 226Ra(potomak urana, član radioaktivnog niza 238U) kao rastvoren katjon veoma je

migrativan i kada je uran imobilisan, te u zemljištu i vodama može često da bude razdvojen od urana i

posebno lokalno koncentrisan.

Drugi niz naziva se niz torijuma. Počinje izotopom 232Th, a završava se stabnilnim 208Pb.

Maseni brojevi članova ovog niza karakterišu se formulom 4k, gde je k ceo broj između 52-58.

7

Tabela 3. Niz torijuma 232Th

Treći niz naziva se (pogrešno) niz aktinijuma. Počinje izotopom 235U, a završava se 207Pb.

Karakteriše se masenim brojevima 4k+3, gde je k između 51-58.

8

U Tabeli 4 date su osobine nekih od primordijalnih radionuklida. U prirodi se mogu naći i

nekoliko nestabilnih radionuklida koji ne pripadaju radioaktivnim nizovima. Radi se o izotopima koji

takođe imaju veoma dug period poluraspada, tako da se još uvek mogu pronaći na Zemlji. Od njih je

svakako najznačajniji 40K, koga u prirodnom kalijumu ima samo 0.0117%, no s obzirom da je kalijum

kao element veoma zastupljen u zemljinoj kori, prilikom gama spektrometrijskih merenja, neizbežno

se detektuje i kalijumova aktivnost koja potiče od mogućeg prisustva kalijuma u uzorku koji se meri,

ili od kalijuma koji se nalazi u objektima koji okružuju detektor. Pre 300 miliona godina koncentracija

40K je bila znatno veća. Za prebiotičke procese na Zemlji 40K je bio posebno značajan in situ izvor u

celoj zapremini okeana, koji je i na najvećim okeansim dubinama dovodi do radiolize vode odnosno do

javljanja slobodnih radikala (H+, OH- i e-aq). Kompjutersko modeliranje aradioolize vode u okeanu (pre

3800 miliona godina) ukazuje, sem značajnih količina vodonika i nastajanje kiseonika pre pojave

fotosinteze i mikroorganizama. Ukupno u masi vode okeana za 100 miliona godina procenjeno je da je

formirano 3x1019 g O2 (atmosfera danas: 1.2x1021 g O2). To je bio preduslov za formiranje prvih

organskih molekula čije je umnožavanje dovelo do stvaranja protoplazme sposobne za

samoreprodukciju, te u vodi počinje i život na Zemlji 40K je jedan od glavnih radionuklida magme,

neizbežna komponenta u dugom lancu ishrane (zemljište-biljke-životinje-čovek), te prosečan čovek

unese hranom oko 44000 Bq 40K godišnje. Pored kalijuma primordijalni radionuklidi koji ne pripadaju

radioaktivnim serijama su 50V, 87Rb, 113Cd, 115In, 123Te, 138La, 142Ce, 144Nd, 147Sm, 152Gd, 174Hf, 176Lu, 187Re, 190Pt, 192Pt, 209Bi.

Tabela 4. Osobine nekih primordijalnih radionuklida

Radionuklid Simbol T1/2 Prirodna aktivnost

Uranijum 235 235U 7.04 x 108 god 0.72% u prirodnom uranu

Uranijum 238 238U 4.47 x 109 god 99.2745% u prirodnom uranu; 0.5do 4.7 ppm urana u stenama

Torijum 232 232Th 1.41 x 1010 god 1.6 to 20 ppm u stenama

Radijum 226 226Ra 1.60 x 103 god 0.42 pCi/g (16 Bq/kg)u krečnjaku i 1.3 pCi/g (48 Bq/kg) u vulkanskim stenama

Radon 222 222Rn 3.82 dana Plemeniti gas, srednja vrednost koncentracije aktivnosti u zemljištu na teritoriji Novog Sada je oko 1000 Bq/m3

Kalijum 40 40K 1.28 x 109 godina koncentracija aktivnosti u zemljištu između - 1-30 pCi/g (0.037-1.1 Bq/g)

9

Raspadom radijumovih jezgara nastaje radon (Rn), radionuklid najznačajniji za

“kontaminaciju” atmosfere (posebno zatvorenih prostorija); prirodan, inertan radioaktivni gas, bez

ukusa i mirisa, gustine 7.5 puta veće od gustine vazduha, rastvorljiv u vodi (T1/2=3.8 dana, -emiter).

Raspadom jezgra 222Rn nastaju kratkoživeći potomci 218Po, 214Pb, 214Bi, koji su odgovorni za visok

radijacioni, zdravstveni rizik. Oni interaguju sa negativnim jonima prisutnim u atmosferi pripajajući se

za prirodne aerosole.

Radioaktivni aerosoli sa dijametrima u intervalu od 0.1 do 10 nm se najbolje talože u ljudskim

plućima. Aerosoli većih dimenzija se zadržavaju u nosu i usnoj duplji ne dopirući do osetljivog

respiratornog epitela bronhijalnog stabla. Iako imaju mali domet α-čestice radonovih potomaka

deponovanih u plućima su izuzetno opasne zbog velike moći jonizacije. Promene na ćelijskom i

molekularnom nivou izazvane jonizujućim zračenjem znatno su izraženije u ranim životnim fazama,

što ukazuje na poseban zdravstveni rizik kod dece.

Značajan izvor prirodne radijacije je i kosmičko zračenje. Primarno kosmičko zračenje je

galaktičkog i solarnog porekla, a sastoji se naelektrisanih čestica veoma visoke energije. Do zemljine

površine ono veoma retko dospeva pošto nestaje u interakcijama u atmosferi, kojom prilikom se stvara

sekundarno zračenje. U gornjim slojevima atmosfere nuklearnim reakcijama kosmičkog zračenja sa

jezgrima azota i kiseonika dolazi do stvaranja nekolicine radioaktivnih jezgara, kao što su to 14C i 7Be.

Nakon toga dolazi do njihovog ravnomernog raspoređivanja putem atmosferskih transportnih procesa

te na taj način i oni daju svoj doprinos ukupnoj prirodnoj radioaktivnosti. U kosmogene radionuklide

spadaju i 10Be, 26Al, 36Cl, 80Kr, 14C, 32Si, 39Ar, 22Na, 35S, 37Ar, 33P, 32P, 38Mg, 24Na, 38S, 31Si, 18F, 39Cl, 38Cl, 34mCl. U Tabeli 5 date su osobine nekih kosmogenih nuklida.

Tabela 5. Osobine nekih kosmogenih radionuklida

Nuklid Simbol T1/2 Izvor Prirodna aktivnost

Ugljenik 14 14C 5730 god Inetrakcije kosmičkih zraka, 14N(n,p)14C

6 pCi/g (0.22 Bq/g) u organskim materijalima

Vodonik 3 (Tricijum)

3H 12.3 god Inetrakcije kosmičkih zraka sa N i O, spalacije , 6Li(n, )3H

0.032 pCi/kg (1.2 x 10-3 Bq/kg)

Berilijum 7 7Be 53.28 dana Inetrakcije kosmičkih zraka sa N i O

0.27 pCi/kg (0.01 Bq/kg)

7Be je kosmogeni radionuklid koji nastaje interakcijom kosmičkog zračenja sa kiseonikom i

azotom u atmosferi. Najčešće je u obliku BeO ili Be(OH)2 vezan za atmosferske aerosole i u njima se

kreće kroz različite slojeve atmosfere. Oko 70% 7Be se proizvodi u startosferi, a ostatak u troposferi

10

gde se zadržava oko šest nedelja. Vreme poluraspada od 53.3 dana ograničava korišćenje 7Be kao

trasera pri izučavanju kretanja vazdušnih masa kroz atmosferu. Koncentzracija 7Be u prizemnom sloju

atmosfere varira u zavisnosti od godišnjih doba, strato-troposferskih izmena vazdušnih masa,

horizontalnog transfera i efekta spiranja padavinama.

Osim prirodnih radioizotopa, u atmosferi, vodi i tlu se mogu naći i neki radionuklidi koji su

nastali nakon ljudskih (tehnoloških) aktivnosti. Najbrojnija grupa ovih veštački stvorenih radioizotopa

su fisioni produkti (ili fragmenti) koji nastaju nakon cepanja teških jezgara, najčešće uranijuma i

torijuma. Fisioni procesi su osnovni izvor energije, kako nuklearnog oružija, tako i procesa koji se

odvijaju u reaktorima nuklearnih elektrana. To znači da se putem nadzemnih proba nuklearnog oružija

ili tokom havarija u nuklearnim elektranama oslobađa izvesna količina fisionih fragmenata. Najveći

broj ovih radionuklida imaju veoma kratak period poluraspada i predstavljaju realnu opasnost po

ljudsku populaciju neposredno nakon probe nuklearnog oružija ili havarije. Manji broj ovih

radionuklida imaju velik period poluraspada i putem vazdušnih i vodenih strujanja se transportuju na

velike distance da bi se konačno istaložili. Ovi se radioizotopi mogu naći u zemljištu. Nuklearne

elektrane u određenim okolnostima mogu ispuštati izvesnu količinu radionuklida koji nisu fisioni

fragmenti. Naime visok fluks neutrona u reaktoru može dovesti do aktiviranja mekih materijala od

kojih su načinjeni pojedini delovi reaktora ili sistema njegovog hlađenja. Ovako nastali izotopi se

mogu naći u životnoj sredini, najčešće u vodotokovima i sedimentu.

Tabela 6. Osobine nekih veštački proizvedenih radionuklida

Nuklid Simbol T1/2 Izvor

Tricijum 3H 12.3 god pri testiranju oružja i u fisionim reaktorima; pri proizvodnji nuklearnog oružja

Jod 131 131I 8.04 dana fisioni produkt pri testiranju oružja i u fisionim reaktorima, koristi se u medicinskoj terapiji

Jod 129 129I 1.57 x 107 god fisioni produkt pri testiranju oružja i u fisionim reaktorima,

Cezijum 137 137Cs 30.17 god fisioni produkt pri testiranju oružja i u fisionim reaktorima,

Stroncijum 90 90Sr 28.78 god fisioni produkt pri testiranju oružja i u fisionim reaktorima,

Tehnecijum 99 99Tc 2.11 x 105 god nastaje raspadom 99Mo, koristi se u medicinskoj dijagnostici

Plutonijum 239 239Pu 2.41 x 104 god nastaje pri bombardovanju 238U neutronima ( 238U + n--> 239U--> 239Np +ß--> 239Pu+ß)

11

Na osnovu preporuka IAEA formirana je lista dugoživećih fisionih produkata ili radioizotopa

nastalih aktivacijom koji bi mogli predstavljati dugoročni izvor zraćenja u životnoj sredini. Uobičajneo

je da se prilikom kontrole uzoraka vode ili zemljišta na ove izotope posebno obrati pažnja. Radi se o

sledećim izotopima: 58Co, 60Co, 75Se, 95Zr, 103Ru, 106Rh, 110mAg, 124Sb, 125Sb, 134Cs, 137Cs, 141Ce, 144Ce i 160Tb. U Tabeli 6 date su osobine nekih od veštački proizvedenih radionuklida.

Istraživanja vršena poslednje decenije pokazuju da u normalnim uslovima preko 70% ukupne

godišnje doze koju prima stanovništvo potiče od prirodnih izvora jonizujućih zračenja, pri čemu je

50% uslovljeno udisanjem prirodnog radioaktivnog gasa, radona 222Rn, odnosno njegovih potomaka,

slika 1.6 [ICRP1983].

Slika 1. Raspodela godišnje doze koje prima stanovništvo od izlaganja izvorima jonizujućeg zračenja

Tabela 7. Godišnja efektivna ekvivalentna doza od prirodnih izvora jonizujućeg zračenja

(UNSCEAR, 2000.)

Izvor jonizujućeg zračenja Godišnja efektivna doza [mSv]

Kosmičko zračenje Srednja vrednost Opseg

Direktna jonizaciona i

fotonska komponenta 0.28 (0.30)a

neutronska komponenta 0.10 (0.08)

kosmogeni nuklidi 0.01 (0.01)

ukupno 0.39 0.3 – 1.0b

12

Izvor jonizujućeg zračenja Godišnja efektivna doza [mSv]

Spoljašnje Zemaljsko gama

zračenje

Na otvorenom 0.07 (0.07)

U zatvorenom 0.41 (0.39)

ukupno 0.48 0.3-0.6c

Unutrašnje izlaganje

uranijumov i torijumov niz 0.006 (0.01)

Radon (222Rn) 1.15 (1.2)

Toron (220Rn) 0.10 (0.07)

ukupno 1.26 0.2-10d

Ingestija 40K 0.17 (0.17)

uranijumov i torijumov niz 0.12 (0.06)

ukupno 0.29

Totalna suma 2.4 1-10e

a Rezultati iz prethodnih izveštaja dati u zagradama ()

b opseg od nivoa mora do velikih nadmorskih visina

c u zavisnosti od sadržaja radionuklida u zemljištu i građevinskom materijalu

d u zavisnosti od akumulacije radona u zatvorenom

e u zavisnosti od sadržaja radionuklida u hrani i pijaćoj vodi

NORM je skraćenica od engleskog izraza Naturally Occurring Radioactive Material -

radioaktivni materijali koji se javljaju u povišenim koncentracijama u prirodi. Termin se obično

upotrebljava i za one ljudske aktivnosti koje dovode po povećanog izlaganja prirodnim izvorima

jonizujućeg zračenja, a ukoliko se pri takvim tehnološkim postupcima i povećava koncentracija

prirodnih radionuklida koristi se i termin TENORM (Technologically-Enhanced Naturally Occurring

Radioactive Material)

Prirodni izvori modifikovani ljudskom delatnošću čine tzv. tehnološki promenjene prirodne

izvore jonizujućeg zračenja; i u mirnodopskim uslovima njih uglavnom čine:

- kosmičko zračenje na većim visinama (aerotransport)

13

- radionuklidi koji se javljaju pri sagorevanju i/ili deponovanju fosilnih goriva

- radionuklidi koji se radistribuiraju građevinskim materijalom, rudarskom delatnošću i

mineralnim đubrivima

Nažalost pre kratkog vremena bili smo, u ratnim uslovima, izloženi mogućem riziku usled

primene projektila od osiromašenog urana.

Pri zahvatu termalnih neutrona fisiji podložan je samo 235U, a 238U predstavlja samo štetni

apsorber sporih neutrona. Zato se u kompleksnim postrojenjima; u cilju dobijanja nuklearnog goriva za

reaktore; sadržaj 235U povećava na oko 3%, a kao nusprodukt ostaje prirodni uran, a kao nusprodukt

ostaje prirodni uran sa sadržajem 235U <0.5% tzv. “osiromašeni” uran (depleted uranium).

Zbog svoje specifične aktivnosti od oko 15 kBq/g klasifikuje se kao niskoradioaktivni material

(otpad). Usled velike čvrstoće i gustine,oko 70% veće nego Pb, pirofornosti i povoljne cene veoma je

pogodan za izradu bojeve municije.

Aktivnost standardno korišćenog projektila iz letelice A-10 “Warthog” kalibra 30 mm, mase

oko 300g iznosi 3.4 MBq što grubo odgovara aktivnosti prirodnog urana u 100t zemljišta. Na slici 1

prikazan je komparativni spektar jednog takvog projektila i zemljišta sa Iriškog Venca. Sa slike se

jasno vidi da intenzitet -zračenja projektila za četiri reda veličine veći od intenziteta -zračenja

zemljišta. Kvalitativno se vidi da u spektru projektila nedostaju postradijumske linije (214Bi, 214Pb) što

dokazuje nepostojanje prirodne ravnoteže urana sa svojim dugoživećim potomcima.

keV 0 1000 2000

-210

-110

010

110

210

310

410

510

c/ks

chn 0 1000 2000 3000 4000

-110

010

110

210

310

410

510

610

coun

ts

Slika 2. Komparativni spektar projektila od osiromašenog uranijuma i zemljišta sa Iriškog Venca

Prilikom eksplozije ovakvog projektila na visokoj temperaturi formiraju se oksidi urana koji u

formi aerosola kontaminiraju vazduh, a nakon brzog taloženja i zemljište usled čega se na užoj lokaciji

javlja radiacioni rizik pri inhalaciji, ingestiji (zemljište-hrana-čovek), kontaktu sa ostacima municije

(preko kože).

14

Nakon zalivskog rata u regiji je ostalo oko 300 t radioaktivnog materijala od ovakvih projektila.

Ovi projektili su takođe korišćeni u Bosni, Republici Srpskoj i južnoj Srbiji. U Vojvodini nije

registrovana povišena radioaktivnost urana.

Sem prirodnih izvora jonizujućeg zračenja od 60-tih godina ovog veka značajan problem

predstavljaju proizvedeni (veštački) izvori jonizujućeg zračenja. Prema podacima UNSCEAR-a iz

1982. godine usled probnih nuklearnihh eksplozija u stratosferu je ispušteno 9.6 1017 Bq, što je nakon

stratosferskog taloženja izazvalo globalnu kontaminaciju biosfere radionuklidima 137Cs, 90Sr. Iako su

koncentracije navedenih fisionih produkata u biosferi do 80-tih godina već postale veoma niske javio

se novi problem - havarija nuklearnog objekta u Černobilu pri kojoj je ispušteno 3.8 1016Bq 137Cs, od

čega je 10% dospelo na teritoriju SFRJ. Tako u drugoj polovini 1986. godine na ovim prostorima

mogla da se registruje, u zemljištu Plandišta koncentracija aktivnosti od 978 Bq/kg. Povišeni nivoi 137Cs mogu još uvek da se detektuju u mnogim medijumima.

Sem navedenih izvora najveći udeo u izlaganju stanovništva jonizujućem zračenju imaju izvori

jonizujućeg zračenja u medicini (dijagnostika i terapija-preko 30%), dok su manje značajni izvori u

industriji i javnoj upotrebi (gromobrani, javljači požara itd.).

Iako još od samog otkrića radioaktivnosti bilo jasno da deo energije jonizujućeg zračenja

emitovanog iz izvora biva apsorbovan u materiji kroz koju prolazi, nije mogao da se odgonetne

izuzetno visok stepen osetljivosti živih organizama na ovu vrstu zračanja (radiobiološki paradoks-

biološki efekat u izuzetnoj ne srazmeri sa predatom energiijom). Sredinom ovog veka ta činjenica je

objašnjena postojanjem malih (oko 1), vitalnih centara u ćeliji, ključnih za njen opstanak-ćelijske

DNK. Negatvni efekti jonizujućeg zračenja kod živih organizama javljaju se usled direktnog oštećenja

DNK ili usled indirektne interakcije. Indirektna interakcija uslovljena je radiolizom vode u ćeliji i

forrmiranjem visokoreaktivnih, kratkoživećih (reda veli~ine mikrosekunde) slobodnih radikala. Za

većinu indirektnih oštećenja uzrokovanih jonizujućim zračenjem se smatra da su nastala usled

hidroksil radikala koji predstavljaju jedan od najreaktivnijih do sada poznatih radikala. Reaguje sa

skoro svim tipovima molekula u živim ćelijama, izazivajući inaktivaciju enzima, a samim tim i

celularna oštećenja.

Radiosenzitivnost zavisi od naslednih faktora, tj. od sposobnosti ćelije za biološki oporavak,

kao i od sposobnosti date vrste da redukuje koncentracije slobodnih radikala pomoću antiosidanasa.

Smatra se da antioksidantna odbrana prvenstveno ukjlučuje: reduktante rastvorljive u vodi

(glutation, askorbat,urat), vitamine rastvorljive u vodi (-tokoferol, -karotin), enzime (glutation

peroksidazu, katalazu, superoksid dismutazu).

Najčešće proučavani efekti jonizujućeg zračenja uklujučivali su visoke doze i utvrđivanje

mortaliteta jedinki nakon jednokratnog ozračivanja, čime je dobijena srednja letalna doza LD100/30

15

(100% u roku od 30 dana). Rezultati ovih istraživanja dati su na slici 3 i pokazuju da su niže

taksonomijske grupe manje osetljive na visoke doze jonizujućeg zračenja.

U novije vreme mnogo pažnje se posvećuje odgovoru organizma na niske doze jonizujućeg

zračenja tj. ''adaptivnom odgovoru''. Podaci ukazuju da niske doze mogu da rezultuju promenama u

ćelijama i da postoji sposobnost adaptacije na efekte zračenja. Podaci ukazuju da niske doze mogu da

rezultuju promenama u ćelijama i da postoji sposobnost adaptacije. Poznate manifestacije adaptivnog

odgovora kod sisara su povišeni rast i povišena reproduktivna sposobnost.

Verovatnoća da pojedinac doživi određeni štetni efekat kao rezulltat izlaganja jonizujućem

zračenju, radijacioni rizik, određuje se preko doze-fizičke veličine koja služi kao kvantitativna mera

nivoa izlaganja jonizujućem zračenju. Povećan radiacioni rizik može da se javi usled:

1. eksternog (spoljašnjeg) ozračivanja, kada se izvor zračenja nalazi izvan organizma

2. internog (unutrašnjeg) ozračivanja, kada izvori jonizujućih zračenja dospevaju u organizam:

inhalacijom (prvenstveno Rn i njegovih potomaka)

ingestijom - unošenjem u organizam putem dugog lanca ishrane (zemlljište-

biljke-životinje-čovek)

Slika 3: Način izlaganja čoveka jonizujućim zračenjima preko dugog lanca ishrane

(zemlljište-biljke-životinje-čovek) [IAEA Safety Guide No.RS-G.1.8]

U zavisnosti od navedenih okolnosti ozračivanja primenjuju se odgovarajuće metode merenja:

16

1. Meri se doza zračenja u radijacionom polju

Dozimetri direktno mere zračenjem indukovano naelektrisanje i ta informcija se odgovarajućom

kalibracijom pretvara u absorbovanu dozu - srednju apsorbovanu energiju E po jedinici mase m

D dEdm

Gy

Zavisnost dozee od aktivnosti izvora, za tačkaste izvore, data je relacijom

D I AR

t 2

gde je I jonizaciona konstanta, A aktivnost izvora, R rastojanje i t vreme, te ako je poznat prostorni

raspored svih radionuklida u okolini i putanja kretanja datog organizma u radijacionom polju, doza se

može izračunati integraljenjem preko navedene formule.

Jedinica za apsorbovanu dozu od 1975. godine nosi naziv prema britanskom fizičaru i

dozimetristi Luisu Haroldu Greju (1905-1965). Ranija jedinica koja je bila u upotrebi je rad

(skraćenica od radijaciona apsorbovana doza); 1 Gy=100 rad.

Problem radijacione zaštite nije rešen poznavanjem apsorbovane doze, jer biološki efekti zavise

od tipa zračenja i prostornog rasporeda izvora zračenja i ozračenog sistema. Ta dva parametra uzima u

obzir ekvivalentna doza

H D Q N Sv

gde je Q faktor kvaliteta zračenja,a N je proizvod svih modifikujućih faktora.

Jedinici za ekvivalentnu dozu 1979. godine dato je ime Sivert (Sv) u čast švedskog fizičara

Rolfa Maksimilijana Siverta (1896-1966). Ranije korišćena jedinica rem (1Sv=100rem).

Ista jedinica (Sv-sivert) se koristi i za efektivnu dozu koja uzima u obzir i zavisnost težine

oštećenja od osetljivosti određenog tkiva na datu vrstu zračenja.

2. Kod internog ozračivanja dozimetrijska merenja su nemoguća.

U slučaju ingestije meri se koncentracija aktivnosti u hrani ili vodi za svaki radionuklid. S obzirom da

sem nekoliko retkih čistih -emitera (90Sr, 3H) svi radionuklidi emituju -zračenje te je -

spektrometrija nezamenjiva u slučaju simultane multizotopske analize prirodnih uzoraka. Zbog

složenog spektra, visoke energije i relativno male jonizacione sposobnosti -zraka, kvalitetna

spektrometrija može da se izvede samo sa dva tipa detektora: neorganskim scintilacionim NaI (Tl) ili

poluprovodni~kim Ge (Li) i HPGe detektorima. Scintilacion detektori se odlikuju velikom efikasnošću

ali slabom rezolucijom, te se zbog doobre rezolucije favorizuje upotreba poluprovodničkih detektora.

Pri -spektrometrijskoj analizi uzoraka iz prirode, zbog neophodnosti određivanja veoma niskih

koncentracija, javljaju se specifični metrološki zahtevi, posebno u vezi sa minimalnom detektabilnom

aktivnošću.

Minimalna detektabilna aktivnost MDA može da se izrazi kao:

17

MDAp

t Bt

1 21

( )

gde je efikasnost detektora za datu geometriju, p intenzitet gama prelaza u radioaktivnom raspadu

datog radionuklida, nivo poverenja, B fon i t vreme merenja. Iz formule se vidi da se smanjenjem

fona i povećanjem efikasnosti postiže niža MDA. Eksterni doprinos ukupnom fonu potiče od

kosmičkog zračenja i od radioaktivnosti okoline i redukuje se pasivnom zaštitom detektora (komora od

olova; starog brodskog gvožđa ili volframa). Interni fon, čiji je doprinos ukupnom fonu veoma

značajan, potiče od samog izvora i može se ukloniti aktivnim elektronskim metodama zaštite.

Metodama savremene nuklearne spektroskopije koncentraciju aktivnosti je moguće odrediti sa

greškom manjom od 10%.

Ingestiona doza se izračunava na osnovu određene koncentracije aktivnosti pojedinih

radionuklida u datoj vrsti hrane i količine hrane unete u organizam; primenom odgovarajućih modela.

Modeli podrazumevaju poznavanje složenih metaboličkih procesa. Iako su moguće znatne

varijacije u zavisnosti od specifičnosti individue. Relevantni medicinski parametri za procenu

ingestione doze su standardizovani i publikovani u vidu koncepta: "Referentnog čoveka" .

U slučaju inhalacije, zbog kompleksnosti anatomije respiratornog trakta i samih procesa, ne postoji

jedinstven model za izračunavanje doze na osnovu izmerenih koncentracija aktivnosti kritičnih

radionuklida u vazduhu. S obzirom da oko 40 % ukupnog ozračenja ljudske populacije potiče od

radona, razrađeno je više modela za izračunavanje doze primljene od ovog radionuklida

(najznačajniji modeli su Weibel-ov i Yeh-Schum-ov).

Zbog štetnih efekata jonizujućih zračenja konstatovana je neophodnost formiranja normi izlaganja

zračenju, te je 1928. godine osnovana međunarodna komisija za radiološku zaštitu ICRP (Internacional

Commision on Radiological Protection) koja daje univerzalne preporuke po svim pitanjima zaštite od

jonizujućeg zračenja, kao osnovu ograničenja-doze.

Nakon bombardovanja Hirošime i Nagasakija, atmosferskih proba novog nuklearnog oružja,

puštanja u pogon brojnih istraživačkih i energetskih reaktora, došlo je do izuzetne zabrinutosti zbog

zdrastvenih posledica, te Generalna Skupština UN formira 1956. godine naučni komitet za efekte

atomskih zračenja - UNSCEAR (United Nations Scientific Committe on Effect of Atomic Radiation)

kao najautoratativnije telo. Ovaj komitet ne postavlja standarde bezbednosti nego sakuplja i

sistematizuje podatke i procenjuje doze, efekte i rizike od osnovnih izvora radijacije.

Od 1957. godine Međunarodna komisija za atomsku energiju - IAEA (International Atomic

Energy Agency), na osnovu preporuka ICRP, podataka UNSCEAR, mišljena WHO (World Health

Organization) i Međunarodne organizacije rada ILO (Internacional Labour Office), formira osnovne

18

norme - standarde sigurnosti, koji služe svim zemljama članicama kao referenca u nacionalnom

zakonodavstvu iz domene zaštite od jonizujućeg zračenja.

Na osnovu Zakona o zaštiti od jonizujućih zračenja i o nuklearnoj sigurnosti (Službeni glasnik

Republike Srbije br. 36/2009) propisan je Pravilnik o granicama izlaganja jonizujućim zračenjima i

merenjima radi procene nivoa izlaganja jonizujućim zračenjima (Službeni glasnik RS br. 86/2011.) u

cilju procene stepena individualne izloženosti stanovništva jonizujućim zračenjima na osnovu kojeg je

neophodno određivanje ukupne efektivne doze E koja predstavlja kvantitativnu meru ukupnog

izlaganja jonizujućem zračenju usled navedenih mogućnosti ozračivanja.

E H d e g I e g Ip j ing ingj

j inh inhj

( ) ( ) ( ), ,

gde je Hp (d) individualna eksterna doza, e g j ing( ) , i e g j inh( ) , očekivane efektivne doze po jediničnom

unošenju za radionuklid (j) unet hranom ili udisanjem za pojedinca u starosnoj grupi (g).

Najnovijim preporukama (ICRP 103, 2007.) snižava se granica godišnje doze za profesionalce

na 20 mSv/god usrednjeno na 5 god. (maksimalno godišnje 50 mSv). Za pojedince iz stanovništva

granice godišnje doze 1 mSv/god sa maksimalnim izlaganjem od 5 mSv tokom jedne godine, pod

uslovom da se ne prekorači srednja godišnja vrednost od 1 mSv tokom 5 godina.

Ključni elementi u evoluciji osnovne koncepcije zaštite od jonizujućih zračenja su:

1. ALARA princip

2. Novi referentni nivo kontrole zračenja

1. Opšte prihvaćen međunarodni koncept za određivanje prihvatljivog nivoa rizika ALARA (As

Low As Resonably Achievable), predstavlja zahtev da sve doze budu onoliko niske koliko je to

razumno moguće postići (uzima u obzir ekonomske i društvene faktore, a prednost se uvek daje

zdravstvenim faktorima).

2.Umesto maksimalno dozvoljenog nivoa po starim koncepcijama, kao referentni nivo za sprovođenje

mera zaštite u praksi uvodi se prirodni fon. Ova mera vezana je sa metrološkim problemima:

- prirodni fon je često na pragu ili ispod praga detekcije merne tehnike

- prirodni fon nije jednoznačno definisan. U zavisnosti od lokacije može veoma da

varira (vruće tačke), te da bi se pouzdano tvrdilo da postoji kontaminacija prirodnim

radionuklidima neophodna su prethodna sistematska merenja koncentracije aktivnost u

datom medijumu i određivanje tipičnih korelacija prirodnih radionuklida.

Iako su sve nejasnoće vezane za fenomen radioaktivnosti naizgled rečene, a time dati i

odgovori na mnoga fundamentalna pitanja u astrofizici, radiohemiji i radiobiologiji; iako je nuklearna

energija "kjluč budućnosti", a nuklearna medicina (dijagnostička i terapijska primena) često poslednja

životna šansa, ipak u 21. vek ulazimo sa problemom dekomisioniranja više stotina isluženih nuklearnih

19

elektrana, problemom bezbednog skladištenja stotina hiljada tona isluženog nuklearnog goriva i

večitim strahom od nuklearnog oružja.

2. Radioaktivnost zemljišta

Zemljište je kompleksan materijal koji se sastoji od mineralne (neorganske) kao i organske

komponente koja uglavnom nastaje raspadom biljnog materijala. Neorganska, ili mineralna

komponenta zemljišta se sastoji od čestica nastalih erozivnim dejstvom raznih prirodnih faktora na

stene. Kako stene koje ulaze u sastav zemljine kore poseduju određenu koncentraciju prirodnih

radionuklida, za očekivati je da se oni mogu naći i u zemljištu nastalom raspadanjem stena. U Tabeli 8

prikazane su karakteristične vrednosti koncentracija aktivnosti 40K, 232Th i 238U u nekim

karakterističnim stenama. Može se videti da sadržaj svakog od navedenih radionuklida u različitim

vrstama stena varira u relativno širokom opsegu.

Slika 4. Neorganska i organska komponenta zemljišta

Tabela 8. Karakteristične koncentracije aktivnosti prirodnih radionuklida u nekim stenama

radionuklid bazalt sieniti granit krečnjak peščar

40K [Bq/kg] 210 1400 1290 89 370

232Th [Bq/kg] 6.5 69.2 87.5 7 11

238U [Bq/kg] 5.3 102.0 59.7 28 19

Osim 235U, 238U i 232Th u zemljištu bi trebalo da se nađe još oko 50 radioaktivnih elemenata

koji pripadaju njihovim nizovima. Može se pretpostaviti da se aktivnosti svih radioaktivnih elemenata

u jednom nizu nalaze u radioaktivnoj ravnoteži, tj. da je aktivnost svakog od njih jednaka aktivnosti

prvog elementa niza. Od veštačkih radioaktivnih elemenata, obično se 137Cs može naći u zemljištu u

20

nekoj količini koja je iznad praga detekcije niskofonskih detektorskih sistema. Ovaj izotop ima period

poluraspada od 30 godina, hemijski se ponaša identično kao kalijum i natrijum pošto pripada prvoj

grupi periodnog sistema. 137Cs je u najvećoj meri dospeo u životnu sredinu tokom havarije u

nuklearnoj elektrani u Černobilu koja se odigrala pre dvadeset godina. Zbog dugog perioda

poluraspada, ovaj izotop se jos uvek može naći u uzorcima zemljišta.

21

3. Metodologija merenja

Uzorci zemljišta su uzeti po metodi IAEA Technical Report Series No.295 – Measurement of

Radionuclides in Food and the Environment - Section 5. Collection and Preparation of Samples-page

27 (5.2.3 Soil). Uzorci zemljišta su sušeni na 105oC do konstantne mase. Nakon toga je izvršeno

uklanjanje svih mehaničkih nečistoća, uglavnom kamenčića i delova biljnog materijala. Osušeni uzorci

zemljišta su mehanički usitnjeni do forme finog praha i homogenizovani. Konačno je materijal

pripremljen na ovaj način prenet u posude za merenje oblika cilindra visine 62 mm, i prečnika 67 mm.

Tipična masa uzoraka iznosila je između 200 i 300 g. Koncentracija aktivnosti radionuklida određena

je metodom niskofonske gama-spektrometrije.

Slika 4. Uzorkovanje na terenu

Gama-spektrometrijska merenja su izvršena prema standardnoj metodi ASTM C 1402 – 04

Standard Guide for High Resolution Gamma Ray Spectrometry of Soil Samples. Korišćena su dva

visokorezoluciona HPGe detektora. Prvi od njih, proizvođača CANBERRA nominalne efikasnost od

36% (Slika 8) ima moć razlaganja od 1.9 keV-a na 1332 keV. Detektor je smešten u specijalnu

niskofonsku zaštitnu komoru sa olovnim zidovima debljine 12 cm i bakarnim unutrašnjim slojem.

Drugi HPGe detektor, nominalne efikasnosti 22% (Slika 7) , je smešten u specijalnu niskofonsku

zaštitnu komoru sa gvozdenim zidovima debljine 25 cm. Komora je izrađena od gvožđa livenog pre

22

drugog svetskog svetskog rata, tako da ne sadrži primese veštačke radioaktivnosti i snižava nivo

okolnog zračenja za oko 1000 puta. Spektri su preko lanca predpojačavača i pojačavača tipa

CANBERRA dovedeni u višekanalni analizator CANBERRA sa dva analogno-digitalna konvertora i

ukupne memorije od 8192 kanala. Višekanalni analizator je direktno povezan sa PC računarom u

kojem su obrađivani i storirani izmereni spektri. Za obradu spektara korišćena je verzija programa

GENIE koja osim identifikovanih -linija uvek iskazuje spektralne intenzitete i za više od 30 izabranih

izotopa.

Za gama-spektrometrijska merenja radioaktivnosti u uzorcima zemljišta korišćen je i ultra

nisko-fonski germanijumski detector tipa GMX (sa proširenim energetskim opsegom od 10 keV do 3

MeV-a proizvođača ORTEC, nominalne efikasnosti 32% u pasivnoj i aktivnoj zaštiti. Pasivna zaštita

je izrađena od olova debljine 12 cm u obliku cilindra i presvučena slojem kalaja i bakra. Aktivna

zaštita (veto detektori) su pet scintilacionih plastičnih detektora koji su u antikoincidentnom režimu

rada sa HPGe detektorom i u potpunosti prekrivaju pasivnu zaštitu (Slika 5.). Aktivna zaštita snižava

integralni odbroj u fonu za faktor 3 za opseg od 50 Kev do 2800 keV-a, što snižava prag detekcije i

pogodno je za merenja uzoraka iz životne sredine. Na Slici br. 5 prikazan je spektar deteline lucerke

dobijen ovim spektrometarskim sistemom.

Slika 5. HPGe detektor GMX tipa u aktivnoj zaštiti (levo) i izgled spektra (desno)

Spektrometar sa oznakom kartona B (Slika 6) je ultra nisko-fonski germanijumski detektor

velike zapremine, proizvođača Canberra, godine proizvodnje 2007, tip GX10021, serijski broj b08093.

Ima prošireni merni opseg od 6 keV do 3 MeV i nalazi se u originalnoj zaštiti od olova debljine 15 cm.

Relativna efikasnost ovog detektora je 100% (ekvivalentno apsolutnoj efikasnosti 3"x 3" NaI(Tl)

detektora na 1332 keV), što odgovara aktivnoj zapremini detektora od 380 cm3.

23

Zaštita detektora je napravljena od

slojevito spojenog olova. Spoljašnih 5 inča (125

mm) je obično niskofonsko olovo, dok je

unutrašnji sloj od oko 1 inč (25 mm) olovo

sadržaja 210Pb od oko 20 Bq/kg. Pasivna zaštita

ima unutrašnji sloj koji zaustavlja X zrake iz K

nivoa energije od 75-85 keV. Presvučeni materijali

su nisko-fonski kalaj debljine 1 mm i bakar visoke

čistoće debljine 1.5 mm. X-zraci koji potiču iz

sloja kalaja (od 25 -28 keV) su takođe redukovani

bakrom.

Zaštita je opremljena sa gasnim priključkom koji služi za uvođenje tečnog azota iz Dewar-a u

unutrašnjost zaštite kako bi se snizio fon koji potiče od radona i radonovih potomaka. Ukupna masa

zaštite iznosi 1633 kg. Redukcioni faktor fona za kompletni spektar (od 40 keV – 2768 keV) iznosi

238. Visoki napon za ovaj detektor dobija se iz izvora Canberra Model 3125 Dual. Signali se sa

spektroskopskog pojačavača Canberra Model A 2026 vode na Canberra Multiport I sa ADC-om. Ovaj

je preko USB porta priključen na standardni PC, sa operativnim sistemom Windows XP. Upravljanje

sakupljanjem podataka i on-line praćenje spektara u formatu Canberra *.CNF vrši se pomoću

programa Canberra Genie2000, verzija 2.1.

Tipično vreme merenja uzoraka iznosilo je 60000 s. Na osnovu intenziteta gama linija

zabeleženih u izmerenim spektrima, izračunate su koncentracije aktivnosti za sve radioizotope koji se

u uzorcima nalaze. Za radioizotope kojima nije primećena ni jedna karakteristična gama linija u

spektrima, procenjena je gornja granica koncentracije aktivnosti u uzorcima zemljišta. Greške rezultata

merenja su iskazane sa nivoom poverenja od 95%, što znači da je verovatnoća da se pri ponovljenom

merenju istog uzorka dobije rezultat izvan granica iskazane greške manja od 5%.

Slika 6. HPGe detektor efikasnosti

100%

24

Slika 7. HPGe spektrometar proizvođača Canberra u niskofonskoj zaštiti od gvožđa

Slika 8. HPGe spektrometar proizvođača Canberra u niskofonskoj zaštiti od olova

25

4. Rezultati merenja

Na osnovu Ugovora o finansiranju realizacije projekta ''Praćenje radioaktivnosti zemljišta na

teritoriji grada Novog Sada tokom 2012. godine'' potpisanog između Gradske uprave za zaštitu životne

sredine grada Novog Sada i Prirodno-matematičkog fakulteta u Novom Sadu, Laboratorija za

ispitivanje radioaktivnosti uzoraka i doze jonizujućeg i nejonizujućeg zračenja je izvršila uzorkovanje i

gama-spektrometrijsko određivanje radioaktivnosti poljoprivrednog i nepoljoprivrednog zemljišta na

području grada Novog Sada, i to sa sledećih lokacija:

- poljoprivredno zemljište:

Petrovaradin – Mišeluk njiva u neposrednoj blizini ruševina Televizije Novi Sad,

Sremska Kamenica – Paragovo (bašta pored prometnog puta za Venac),

Autoput NS-BG (kod Kaćke šume),

Industrijska zona NIS Rafinerija – Šangaj i

TETO – Šangaj i

- nepoljoprivredno zemljište:

park prirode Begečka jama – zaštićeno područje – na širem području parka uzorkovano

je sa 3 lokacije ukupno 30 uzoraka zemljišta i sedimenta.

Tabela 9. GPS koordinate i opis lokacija

Red.

broj Lokacija Dubina cm Vegetacija Easting Northing

Poljoprivredno zemljište 1 Petrovaradin, put R 107, kod bivše TV NS 0-10 kukuruz 45°13'54,3'' 19°51'31,8'' 2 S,Kamenica (Paragovo) - put M7 NS- BG 0-10 povrće-bašta 45°12'22,3'' 19°50'36,7'' 3 Kaćka šuma, auto put E75 N.Sad - Beograd 0-10 uljana repica 45°17'56,8'' 19°52'09,8'' 4 Šangaj, NIS rafinerija (120 m) 0-10 soja 45°16'49,5'' 19°51'57,5'' 5 Šangaj, NIS rafinerija (770 m) 0-10 soja 45°16'39,4'' 19°53'10,9''

Nepoljoprivredno zemljište 6 Park prirode - Begečka jama (1) 0-10 / 45°13'40,2'' 19°36'18,4'' 7 Park prirode - Begečka jama (2) 0-10 / 45°13'19,8'' 19°36'35,2'' 8 Park prirode - Begečka jama (3) 0-10 / 45°13'14,6'' 19°36'55,6''

26

Slika 9. Područje parka prirode Begečka jama sa prostornim rasporedom lokaliteta

Specijalni rezervati prirode i zaštićena područja su oblasti sa posebnim prirodnim resursima koja

su najosetljivija na promene u životnoj sredini uzrokovane ljudskom delatnošću. U okviru ovog

Programa obuhvaćeno je ispitivanje prirodnih i proizvedenih radionuklida u nepoljoprivrednom

zemljištu i sedimentu parka prirode Begečka jama. Odabrane su tri lokacije na kojima je analizirana

raspodela i mogući procesi redistribucije prirodno prisutnih radionuklida , ali i prisustvo proizvedenih

radionuklida, poput 137Cs, kao posledica nuklearnih akcidenata u prošlosti.

Na svakoj lokaciji uzeti su uzorci zemljišta sa 8 mikrolokacija iz površinskog sloja do 10 cm

dubine radi niskofonskih gama-spektrometrijskih merenja u laboratorijskim uslovima. Nakon

odgovarajuće pripreme uzoraka: sušenja, usitnjavanja i homogenizacije, uzorci su hermetički pakovani

u posude za merenje cilindrične geometrije i izvršeno je niskofonsko gama-spektrometrijsko

određivanje koncentracije aktivnosti radionuklida u zemljištu na germanijumskim detektorima visoke

radiočistoće. Prilikom uzorkovanja zemljišta vođeno je računa o promeni mikrolokacija u odnosu na

prethodna ispitivanja. Napominjemo da je Laboratorija za Nuklearnu fiziku jedina Laboratorija u Srbiji

koja je akreditovana za gama-spektrometrijska merenja i da takođe poseduje sva zakonska ovlašćenja

od državnih organa za obavljanje poslova ispitivanja radioaktivnosti. Navedene reference garantuju

27

visok kvalitet izvršenih merenja i međunarodnu prepoznatljivost dobijenih rezultata. U prilogu ovog

izveštaja data je kopija Sertifikata o akreditaciji Laboratorije za ispitivanje radioaktivnosti uzoraka i

doze jonizujućeg i nejonizujućeg zračenja (SRPS ISO/IEC 17025:2006) i Rešenje o obimu akreditacije

Laboratorije.

28

4.1 Poljoprivredno zemljište

U toku 2012. godine izvršeno je ukupno 40 merenja ispitivanja radioaktivnosti poljoprivrednog

zemljišta na području opštine Novi Sad. Rezultati izvršenih merenja dati su u sledećim tabelama

(Tabele 10-14). Osim 137Cs u merenim uzorcima nije primećeno prisustvo ni jednog veštačkog

radionuklida. Predstavljene su samo koncentracije dugoživećih prirodnih radionuklida izmerene u

uzorcima zemljišta. Ukoliko je aktivnost nekog od radionuklida bila ispod granice detekcije

spektrometrijskog sistema, u tabeli je navedena samo gornja granica.

Slika10. Lokacija Petrovaradin - Mišeluk

Tabela 10. Koncentracije aktivnosti radionuklida u poljoprivrednom zemljištu

lokacija Petrovaradin – njiva Mišeluk pored zgrade TV Novi Sad Datum

uzorkovanja 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012.

mikrolokacija 1 2 3 4 5

Šifra uzorka MZEM1201 BZEM1202 LZEM1203 MZEM1204 BZEM1205

radionuklid Aktivnost A Bq/kg 137Cs 6.2 ± 0.8 5.0 ± 0.5 4.4 ± 0.9 4.7 ± 0.8 6.07 ± 0.26

238U 86 ± 18 45 ± 3 61 ± 4 85 ± 15 45 ± 3

226Ra 49 ± 4 40.1 ± 1.5 44.3 ± 2.0 49 ± 3 41.2 ± 1.4

232Th 48 ± 4 53 ± 4 56.5 ± 1.9 50 ± 4 53 ± 4

40K 570 ± 50 600 ± 16 615 ± 23 560 ± 50 589 ± 16

29

lokacija Petrovaradin – njiva Mišeluk pored zgrade TV Novi Sad Datum

uzorkovanja 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012.

mikrolokacija 6 7 8

Šifra uzorka LZEM1206 MZEM1261 LZEM1262

radionuklid Aktivnost A Bq/kg 137Cs 5.7 ± 0.9 5.1 ± 0.8 5.3 ± 0.9

238U 69 ± 4 92 ± 17 62 ± 4

226Ra 46.9 ± 2.1 50.8 ± 2.8 46.5 ± 1.8

232Th 58.0 ± 2.4 47 ± 6 56.8 ± 2.6

40K 611 ± 22 530 ± 40 611 ± 23

Slika11. Lokacija Petrovaradin - Mišeluk

30

Slika12. Lokacija Paragovo


lokacija Paragovo – bašta pored puta preko puta restorana Sunce Datum

uzorkovanja 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012.


Šifra uzorka MZEM1207 LZEM1208 MZEM1209 LZEM1210 MZEM1211

radionuklid Aktivnost A Bq/kg

137Cs 6.1 ± 0.8 7.9 ± 1.1 7.1 ± 0.9 6.4 ± 1.0 5.4 ± 0.8

238U 84 ± 16 54 ± 4 80 ± 16 27.0 ± 2.7 91 ± 16

226Ra 36.1 ± 2.4 34.6 ± 1.2 32.6 ± 2.1 34.4 ± 1.9 33.3 ± 2.2

232Th 42 ± 3 46.7 ± 1.7 43 ± 3 49.3 ± 2.7 44 ± 3

40K 530 ± 40 575 ± 23 530 ± 40 621 ± 24 510 ± 40

31

Slika13. Lokacija Paragovo

lokacija Paragovo – bašta pored puta preko puta restorana Sunce Datum

uzorkovanja 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012.

mikrolokacija 6 7 8

Šifra uzorka KZEM1212 KZEM1263 KZEM1264


137Cs 6.3 ± 0.7 6.6 ± 0.6 5.9 ± 0.7

238U 63 ± 11 54 ± 6 64 ± 7

226Ra 34 ± 3 37 ± 5 37.3 ± 2.6

232Th 38.2 ± 2.6 40.9 ± 2.9 42 ± 3

40K 471 ± 26 570 ± 30 580 ± 30

32


lokacija Rafinerija – njiva preko puta Datum

uzorkovanja 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012.


Šifra uzorka LZEM1213 MZEM1214 KZEM1215 LZEM1216 MZEM1217


137Cs 2.2 ± 0.7 9.0 ± 0.9 3.0 ± 0.5 1.5 ± 0.4 5.4 ± 0.8

238U 50 ± 4 43 ± 12 49 ± 9 44 ± 3 52 ± 14

226Ra 35.8 ± 1.2 36.6 ± 2.2 37.3 ± 2.5 36.2 ± 1.2 40 ± 3

232Th 36.9 ± 2.0 32 ± 4 30.1 ± 2.1 37.0 ± 2.0 34.1 ± 2.7

40K 568 ± 21 490 ± 40 533 ± 28 580 ± 22 520 ± 40

Slika14. Lokacija Rafinerija

33

lokacija Rafinerija – njiva preko puta Datum

uzorkovanja 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012.

mikrolokacija 6 7 8

Šifra uzorka KZEM1218 MZEM1265 MZEM1266


137Cs 12.6 ± 0.9 5.5 ± 0.8 7.2 ± 1.6

238U 48 ± 9 54 ± 16 101 ± 18

226Ra 40.4 ± 2.5 39.6 ± 2.4 35 ± 3

232Th 32.7 ± 2.3 31.9 ± 2.7 31 ± 3

40K 505 ± 27 520 ± 40 480 ± 50


lokacija Toplana – njiva pored Datum

uzorkovanja 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012.


Šifra uzorka KZEM1219 MZEM1220 LZEM1221 KZEM1222 MZEM1223


137Cs 5.5 ± 0.6 4.4 ± 0.7 7.6 ± 1.1 6.8 ± 0.7 5.8 ± 0.8

238U 52 ± 9 52 ± 11 55 ± 4 55 ± 10 43 ± 13

226Ra 33.5 ± 2.4 29.9 ± 1.9 45 ± 3 36.4 ± 2.2 33.1 ± 2.1

232Th 30 ± 3 25.8 ± 2.2 49.8 ± 1.2 33 ± 3 30.7 ± 2.9

40K 465 ± 25 470 ± 40 774 ± 26 520 ± 28 490 ± 40

34

Slika15. Lokacija Toplana

lokacija Toplana – njiva pored Datum

uzorkovanja 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012.

mikrolokacija 6 7 8

Šifra uzorka LZEM1224 KZEM1267 KZEM1268


137Cs 8.5 ± 1.2 5.4 ± 0.7 6.1 ± 0.7

238U 52 ± 4 44 ± 8 49 ± 9

226Ra 42 ± 8 35.5 ± 2.8 39.3 ± 2.3

232Th 47.6 ± 1.3 27 ± 12 33 ± 3

40K 773 ± 27 499 ± 27 495 ± 27

35


lokacija Kaćka šuma – njiva pored Datum

uzorkovanja 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012.


Šifra uzorka KZEM1225 MZEM1226 LZEM1227 KZEM1228 MZEM1229


137Cs 4.6 ± 0.6 5.7 ± 0.9 5.2 ± 1.1 2.6 ± 0.6 3.4 ± 0.7

238U 49 ± 9 81 ± 16 57 ± 4 50 ± 9 66 ± 15

226Ra 40 ± 3 38.9 ± 2.4 41.9 ± 1.3 40.0 ± 2.4 40.4 ± 2.5

232Th 34.8 ± 2.4 36 ± 3 45.0 ± 1.2 34 ± 5 37 ± 3

40K 502 ± 27 570 ± 50 694 ± 27 500 ± 27 540 ± 50

lokacija Kaćka šuma – njiva pored Datum

uzorkovanja 7.6.2012. 7.6.2012. 7.6.2012.

mikrolokacija 6 7 8

Šifra uzorka LZEM1230 MZEM1269 LZEM1270


137Cs 2.4 ± 0.9 3.7 ± 0.8 3.0 ± 0.8

238U 47 ± 4 71 ± 15 52 ± 4

226Ra 36.4 ± 1.4 41.8 ± 2.5 38.8 ± 2.7

232Th 38.8 ± 1.2 33 ± 3 41.6 ± 2.1

40K 586 ± 25 540 ± 50 651 ± 25

36

Slika15. Lokacija Kaćka šuma

4.1.1 Transfer faktor radionuklida iz zemljišta u biljke

Da bi se procenila ingestiona doza koju čovek primi od radionuklida koji se nalaze iz okoline

koristi se lanac ishrane. Svi modeli pri tome koriste transfer faktore kao kvantitativnu meru prelaska

radionuklida iz jedne karike lanca u drugu. Transfer radionuklida kroz lance ishrane se intenzivno

proučava u poslednjih 50 godina usled testiranja nuklearnog oružja i ispuštanja radionuklida u životnu

sredinu zbog povećane upotrebe nuklearne energije. Međunarodna Agencija za atomsku energiju

IAEA je na osnovu velikog broja istraživanja napravila široku bazu podataka za vrednosti transfer

faktora radionuklida iz zemljišta u biljke [9].

Transfer faktor (FV) za unos bilo kog radionuklioda iz zemljišta u biljne kulture koje se na tom

zemljištu uzgajaju se definiše kao odnos koncentracije aktivnosti datog radionuklida u biljci (Bq/kg) i

koncentracije aktivnosti u zemljištu (Bq/kg), pri čemu se podrazumevaju vrednosti dobijene za sušene

uzorke zemljišta i biljaka:

37

Transfer faktor radionuklida iz zemljišta u biljke zavisi od više faktora: fizičkohemijskih

karakteristika radionuklida, oblika nataložene padavine ili otpada, vremena koje je proteklo od

zagađenja, karakteristika zemljišta, tipa biljne kulture i načina obrade zemljišta.

Slika 16. Način usvajanja materija iz zemljišta preko vode

Transfer faktori dati u tabelama priručnika IAEA su vrednosti koje se odnose na rastvorljiva

jedinjenja koja imaju veću pokretljivost u sistemima zemljište – biljka. Akumulacija radionuklida u

biljnim kulturama koje se najčešće uzgajaju zavisi i od tipova zemljišta. Razlike u transfer faktorima

za različite vrste zemljišta može da varira i do dva reda veličine. Karakteristike zemljišta koje utiču na

ove vrednosti su: minerološki i granulometrijski satav zemljišta, organiski sadržaj u zemljištu, pH i

plodnost zemljišta. Razlika u biološkim karakteristima pojedih biljnih vrsta takođe može biti uzrok u

velikim razlikama u transfer faktorima. Razlog tome su varijacije u metabolitičkim i biohemijskim

mehanizmima usvajanja radionuklida od strane biljka, hemijska priroda radionuklida, mehanizmi

detoksikacije, hidrološki uslovi u zemljištu, biljkama dostupne koncentracije u rizosferi u zemljištu.

Plodnost zemljišta, trajanje vegetativnog perioda i karakter distribucije korenog sistema u zemljištu

takođe utiču na transfer faktor. Razlika u akumulaciji preko korenog sistema među različitim biljnim

vrstama može biti i za faktor 100. Radionuklidi se najčešće akumuliraju u lišću i stablu, dok se mnogo

manje koncentrišu u plodu.

38

Tabela 15. Podaci za transfer faktore za Cs, Ra, K, Th i U iz zemljišta u biljku [9]

radionuklid Biljna kultura Deo biljke Transfer faktor Fv

Cs žitarice zrna 2.9 x 10-2

stablo i izdanci 1.5 x 10-1

kukuruz zrna 3.3 x 10-2


lisnato povrće lišće 6.0 x 10-2

nelisnato povrće plodovi 2.1 x 10-2

mahunarke zrna i mahune 4.0 x 10-2

korenasto povrće koren 4.2 x 10-2

lišće 3.5 x 10-2

luk lukovica 5.6 x 10-2

K žitarice zrna 7.4 x 10-1

stablo i izdanci 1.1

lisnato povrće lišće 1.3

ispaša stablo i izdanci 7.3 x 10-1

Ra žitarice zrna 1.7 x 10-2







korenasto povrće koren 7 x 10-2

lišće 7.1 x 10-2


izdanci 1.6 x 10-1

trava stablo i izdanci 1.3 x 10-1


krmno bilje stablo i izdanci 1.7 x 10-1

ostalo suncokret 4.2 x 10-1

lišće čaja 3.3 x 10-2

39

radionuklid Biljna kultura Deo biljke Transfer faktor

Fv Th žitarice zrna 2.1 x 10-3








lišće 8.7 x 10-3

luk lukovica 2 x 10-4


U žitarice zrna 6.2 x 10-3








lišće 2.8 x 10-2



40

4.2 Nepoljoprivredno zemljište

Laboratorija za ispitivanje radioaktivnosti uzoraka i doze jonizujućeg i nejonizujućeg zračenja

na Prirodno-matematičkom fakultetu u Novom Sadu je u toku 2011. godine izvršila merenja

radioaktivnosti uzoraka nepoljoprivrednog zemljišta sa tri lokacije zaštićenog područja – parka prirode

Begečka jama. Uzimanje uzoraka zemljišta urađeno je po standardnoj metodi IAEA

Techn.Rep.S.No.295. Nakon pripreme (sušenja, homogenizovanja i pakovanja u odgovarajuću

geometriju) uzorci zemljišta su mereni standardnom gama-spektrometrijskom metodom ASTM C 1402

– 04 na tri germanijumska detektora sa odgovarajućom zaštitom koji su pogodni za merenja niskih

aktivnosti u prirodnim uzorcima.

Rezultati merenja dati su u Tabelama 16 - 18. Sa jedne lokacije uzeto je 8, 10 ili 12 uzoraka sa

različitih mikrolokacija u cilju praćena površinske kontaminacije.

Slika 17. Lokacija 1 Begečka jama

41

Tabela 16. Izmerene koncentracije aktivnosti radionuklida u uzorcima nepoljoprivrednog zemljišta

Lokacija Begečka jama – lokacija 1, datum uzorkovanja 12.06.2012.

Opis lokcija kod Begeja, ulaz u jamu, vegetacija vrba, plavno područje

radionuklid 137Cs 238U 226Ra 232Th 40K

Šifra uzorka Aktivnost ABq/kg

LZEM1231 34.3±1.6 48±4 23.0±1.1 26.4±0.9 432 ± 20

LZEM1232 17.5±2.0 48±6 26.8±2.5 32.2±1.7 470 ± 30

KZEM1233 16.7±1.0 35±9 18.2±1.4 16.5 ±1.4 271±17

MZEM1234 9.9±1.1 65±15 33.6±2.3 32±6 510±40

MZEM1235 25.5±1.4 64±15 23.2±1.8 22.7±2.3 380±30

LZEM1236 19.0±1.3 29.7±2.7 28.6±1.2 33.2±1.5 410 ± 19

LZEM1237 14.8±1.3 37±4 25.5±1.3 30.5±1.1 490 ± 22

MZEM1238 1.7±0.6 42±12 23.8±1.7 22.3±2.1 339±29

42

Tabela 17. Izmerene koncentracije aktivnosti radionuklida u uzorcima nepoljoprivrednog zemljišta Lokacija Begečka jama – lokacija 2, datum uzorkovanja 12.06.2012.

opis lokacije preliv u jamu, plavno područje, u blizini nasip



KZEM1239 2.6±0.4 14±4 14.8±1.2 11.8±0.9 236±15

MZEM1240 8.5±0.8 26±10 16.7±1.5 13.7±1.4 260±23

LZEM1241 2.4±0.6 16.3±2.3 12.7±0.8 13.4±0.6 333±15

LZEM1242 3.0±0.6 22.6±2.2 14.0±0.7 15.2±1.0 314±13

LZEM1243 12.9±1.0 43±4 27.1±1.5 26.5±1.6 444±20

MZEM1244 1.3±0.5 21±9 16.0±1.2 13.5±1.3 296±25

MZEM1245 7.0±0.7 20±9 17.1±1.4 13.9±1.4 298±26

MZEM1246 9.3±0.8 41±7 16.8±2.1 14.9±1.5 299±26

KZEM1247 10.7±0.8 40±8 29.2±2.3 23.4±2.1 377±21

MZEM1248 9.8±0.8 18±9 12.9±1.5 13.4±1.3 266±24

Slika 18. Lokacija 2 – Begečka jama

44

Tabela 18. Izmerene koncentracije aktivnosti radionuklida u uzorcima nepoljoprivrednog zemljišta lokacija Begečka jama – lokacija 3, datum uzorkovanja 12.06.2012.

Opis lokacije U blizini Dunava, kod Braše, otpadne vode od restorana



KZEM1249 26.8±1.4 50±6 36.2±2.4 33.3±2.4 474±26

KZEM1250 31.4±1.7 45±6 39±3 36.3±2.6 540±30

LZEM1251 33.5±1.6 54±4 39.1±1.4 45.1±1.3 673±25

LZEM1252 91.7±2.4 52±4 46±3 48±3 700±26

KZEM1253 28.3±1.5 48±9 35.9±2.2 30.3±2.4 456±25

MZEM1254 30.5±1.6 53±16 37.1±2.9 35.6±2.9 520±40

LZEM1255 93.0±2.5 57±4 40.1±1.4 45.2±1.7 705±26

KZEM1256 28.3±1.4 58±10 36±3 35.3±2.6 515±28

KZEM1257 27.6±1.4 53±10 38±3 35.7±2.7 528±28

LZEM1258 55.8±2.0 49±4 38.2±1.4 40.9±1.2 635±25

KZEM1259 28.9±1.9 40±10 31.6±2.6 29.9±2.8 440±30

MZEM1260 55.9±2.4 44±15 36.9±2.3 32.4±2.9 520±40

Slika 19. Lokacija 3 – Begečka jama

45

5. Analiza dobijenih rezultata i zaključci

Iako u Republici Srbiji nema nuklearnih elektrana, u neposrednom okruženju (Mađarska,

Bugarska i Rumunija) postoje nuklearne elektrane. Pri njihovom regularnom režimu rada dolazi do

ispuštanja malih količina određenih radionuklida u životnu sredinu, dok su u slučaju eventualnih

akcidentalnih situacija moguća ispuštanja vrlo visokih aktivnosti fisionih produkata (kao što su

cezijum 137Cs i 134Cs i jod 131I) u atmosferu i vodotokove koji se mogu brzo transportovati i do

ekosistema na teritoriji AP Vojvodine, odnosno dovesti do kontaminacije zemljišta i sedimenta. Kao

posledica akcidenta u Černobilu 1986.godine još uvek se u zemljištu i sedimentu Vojvodine nalazi

fisioni produkt cezijum 137Cs, čije je hemijsko ponašanje veoma slično kalijumu, te ga biljke mogu

relativno lako usvajati, čime on dospeva u lance ishrane kopnenih i vodenih ekosistema. Različiti

geohemijski procesi dovode do njegove redistribucije i koncentrisanja na pojedinim mikrolokacijama,

što implicira veći radijacioni efekat i rizik po zdravlje odgovarajuće populacije organizama, pa prema

tome i ljudi.

Jedan od mogućih izvora radioaktivne kontaminacije zemljišta i sedimenta jeste koncentrisanje

prirodnih radionuklida (uranijum 238U, radijum 226Ra, toriju 232Th i olovo 210Pb) kao posledica ne-

nuklearnih tehnologija: sagorevanje uglja, proizvodnja veštačkih đubriva i đubrenje zemljišta

fosfatnim đubrivima, proizvodnja deterdženata, eksploatacija nafte i zemnog gasa, koje dovodi do

opterećenja životne sredine TENORM materijalima (Technologically Enhanced Naturally Occuring

Radioactive Materials). Putem vodotokova i podzemnih voda ovi materijali mogu da dospeju i u

zaštićena područja, kao što su specijalni rezervati prirode i parkovi prirode, narušavajući osetljivu

ravnotežu flore i faune na ovim lokacijama. Niskofonska gama-spektrometrijska metoda je pogodna za

određivanje niskih aktivnosti prirodnih i veštačkih radionuklida gama emitera u uzorcima iz životne

sredine zbog relativno jednostavne i brze pripreme uzoraka i zadovoljavajuće tačnosti. Na taj način se

može analizirati raspodela i mogući procesi redistribucije prirodno prisutnih radionuklida, ali i

prisustvo proizvedenih, poput 137Cs, kao posledica nuklearnih akcidenata u prošlosti.

U zavisnosti od bioloških karakteristika, biljke mogu da apsorbuju neke radionuklide iz

zemljišta. Zbog ove karakterisitike, potrebno je odrediti koncentraciju aktivnosti radionuklida u

uzorcima poljoprivrednog zemljišta. Niskofonska gama spektrometrija je primenjena u ovom

ispitivanju radioaktivnosti poljoprivrednog i nepoljoprivrednog zemljišta na području opštine Novi Sad

u 2012 godini.

U tabeli br.19 su prikazane srednje vrednosti kao i standardne devijacije za radionuklide čije je

prisustvo detektovano u svim uzorcima poljoprivrednog zemljišta. U poslednjoj koloni tabele prikazan

je opseg u kome se nalaze izmerene vrednosti koncentracija aktivnosti za pojedine radioizotope. U

46

tabeli br.20 data je statistika izmerenih koncentracija aktivnosti radionuklida u uzorcima

nepoljoprivrednog zemljišta iz parka prirode Begečka jama.

Tabela 19. Srednje vrednosti, standardne devijacije, minimalne i maksimalne koncentracije aktivnosti

radionuklida u merenim uzorcima poljoprivrednog zemljišta

radionuklid Asr [Bq/kg] σ(Asr) [Bq/kg] Opseg [Bq/kg]

40K 559 72 465 – 774 226Ra 39 5 29.9– 50.8 232Th 40 9 25.8 – 58 238U 59 17 27 – 101

137Cs 5.5 2.0 1.5 – 12.6


radionuklida u merenim uzorcima nepoljoprivrednog zemljišta sa područja Begečke jame

Nepoljoprivredno zemljište – Begečka jama

radionuklid Asr [Bq/kg] σ(Asr) [Bq/kg] Opseg [Bq/kg] 40K 438 133 236- 700

226Ra 28 10 12.7 – 46 232Th 27 11 11.8 – 48 238U 41 14 14 - 65

137Cs 25 23 1.3– 91.7

Radionuklid 137Cs je detektovan u tragovima i nije uočeno njegovo akumuliranje i redistribucija

što ukazuje na odsustvo kontaminacije proizvedenim radionuklidima. Ovaj radionuklid dominantno

potiče iz havarije nuklearne elektrane "Lenjin" u Černobilu 1986. godine. Obzirom da je period

poluraspada ovog radionuklida 30 godina procesima relokacija i ispiranja će se preraspoređivati, ali i

biti prisutan još dugo vremena u ekosistemu Vojvodine. Velika standardna devijacija i velika razlika

između minimalne i maksimalne koncentracije aktivnosti 137Cs pokazuju tipične osobine za zagađivač

veštačkog porekla.

Prirodni radionuklidi radijum 226Ra i torijum 232Th su u ravnoteži, dok neznatno odstupanje

koncentracije aktivnosti uranijuma 238U ukazuje na akumuliranje ovog radionuklida, verovatno usled

dugogodišnjeg đubrenja fosfatnim đubrivima.

47

Generalno se može zaključiti da uzorci poljoprivrednog zemljišta sa svih lokacija ne ukazuju

na povećanje radioaktivnosti koje bi ugrozilo proizvodnju hrane. Izmerene koncentracije aktivnosti 137Cs, uzimajući u obzir transfer faktore ovog izotopa u biljke, ne bi trebalo da ugroze zdravstvenu

bezbednost proizvedene hrane. Vrednosti koncentracija aktivnosti prirodnih radioizotopa u zemljištu

prevashodno zavise od količine tih radioizotopa prisutnih u stenama od kojih je zemljište nastalo. Radi

poređenja, u tabeli 21. su navedene srednje vrednosti, standardne devijacije kao i opseg veličina

koncentracija aktivnosti izmerenih u uzorcima zemljišta iz Vojvodine, s obzirom da za ovaj region

postoji bogata sistematika sličnih rezultata.


radionuklida merene u uzorcima obradivog zemljišta na teritoriji Vojvodine

radionuklid Asr [Bq/kg] σ(Asr) [Bq/kg] Opseg [Bq/kg] 40K 554 92 238 – 730

232Th 53.2 8.3 22 – 64 238U 51.4 9.3 24 – 69

137Cs 11.8 9.2 1.1 - 55

Dobijene vrednosti za radioaktivnost zemljišta se dobro uklapaju u log-normalnu distribuciju

prirodnih radionuklida koja je prikazana na slikama (Slika br.20 do Slika br.25). Ove slike

predstavljaju raspodele izmerenih koncentracija aktivnosti radionuklida u uzorcima poljoprivrednog

zemljišta za sva dosadašnja merenja, uključujući i monitoring 2012.god na području Novog Sada.

Prirodni radionuklidi – kalijum, torijum i radijum pokazuju normalnu raspodelu u uzorcima zemljišta

pomerenu ka nižim koncentracijama aktivnosti, dok radionuklidi veštačkog porekla ili proizvedeni ne

pokazuju pravilnost u raspodeli što je takođe očekivano i karakteristično za ovaj tip radionuklida.

Cezijum 137Cs se vezuje u površinskom sloju za finiju granulaciju zemljišta i spira se i redistribuira u

ekosistemu još jedan duži niz godina, pošto je period poluraspada ovog radionuklida 30 godina, a na

našem području dominantno potiče od havarije nuklearne elektrane Černobil 1986.god. Koncentracije

aktivnosti 238U su pomerene ka nižim vrednostima. Za jedan uzorak izmerene su blago povišene

koncetracije 238U, verovatno usled korišćenja fosfatnih đubriva.

48

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.50

20

40

60

80

100

broj

uzo

raka

zem

ljišt

a

Ln koncentracija aktivnosti K-40

Slika 20. Raspodela koncentracija aktivnosti 40K u uzorcima poljoprivrednog zemljišta

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.50

20

40

60

80

100

broj

uzo

raka

zem

ljišta

Ln koncentracija aktivnosti Ra-226

Slika 21. Raspodela koncentracija aktivnosti 226Ra u uzorcima poljoprivrednog zemljišta

49

1 2 3 4 50

10

20

30

40

50

60

70

broj

uzo

raka

zem

ljišt

a

Ln koncentracija aktivnosti Th-232

Slika 22. Raspodela koncentracija aktivnosti 232Th u uzorcima poljoprivrednog zemljišta

1 2 3 4 5 60

5

10

15

20

25

30

35

40

broj

uzo

raka

zem

ljišt

a

Ln koncentracija aktivnosti U-238

Slika 23. Raspodela koncentracija aktivnosti 238U u uzorcima poljoprivrednog zemljišta

50

0 1 2 3 40

10

20

30

40

50

broj

uzo

raka

zem

ljišt

a

Ln koncentracije aktivnosti Cs-137 [Bq/kg]

Slika 24. Raspodela koncentracija aktivnosti 137Cs u uzorcima poljoprivrednog zemljišta

Ove vrednosti mogu se uporediti sa vrednostima izmerenim u drugim državama u regionu i šire

(Tabela 22.). Može se uočiti da se radioaktivnost zemljišta kreće u približno istim opsezima dok na

odstupanja utiče tip i vrsta zemljišta. Koncentracija aktivnosti torijuma 232Th je nešto viša za indijsko

zemljište, dok je koncentracija aktivnosti uranijuma 238U na Siciliji (Stromboli) povišena u odnosu na

vojvođansko zemljište (moguće objašnjenje je postojanje vulkana i vulkanskih stena na Stromboliju).

Odnos uranijum/ torijum 238U/232Th je približno jednak jednici za ostala zemljišta (Turska, Irska i

Japan) što je slučaj i sa vojvođanskim zemljištem i ukazuje na odsustvo kontaminacije uranijumom.

Međutim ukoliko se intenzivira korišćenje fosfatnih đubriva sa povišenim sadržajem uranijuma može

doći do narušavanja ove ravnoteže.

51

Tabela 22. Poređenje sadržaja radionuklida u vojvođanskom zemljištu i zemljištu drugih država

Na osnovu međunarodnih podataka [9] za transfer faktore radionuklida iz zemljišta u biljke

datih u Tabeli 15. Moguće je proceniti na osnovu srednjih vrednosti koncentracija aktivnosti

radionuklida u zemljištu za date lokacije kolika bi bila maksimalna koncentracija aktivnosti

radionuklida u biljnim kulturama koje bi se uzgajale na datom zemljištu. Ova procena je bitna sa

aspekta proizvodnje zdravstveno bezbedne hrane sa niskim sadržajem radioaktivnosti. Treba

napomenuti da na taj način procenjene vrednosti u stvari predstavljaju sadržaj radionuklida u sušenom

biljnom materijalu i da su koncentracije aktivnosti radionuklida u svežim biljkama u proseku 4 do 5

puta manje vrednosti zbog sadržaja vode.

Tabela 23. Procena transfer faktora za Cs i Ra iz zemljišta u biljke na osnovu srednjih

koncentracija aktivnosti ovih radionuklida u poljoprivrednom zemljištu

Biljna kultura Deo biljke

Cs u sušenim

biljkama

[Bq/kg]

Ra u sušenim

biljkama

[Bq/kg]

žitarice zrna 0.16 0.66

kukuruz zrna 0.18 0.09

stablo i izdanci 0.40 0.7

lisnato povrće lišće 0.33 3.5

nelisnato povrće plodovi 0.12 0.66

mahunarke zrna i mahune 0.22 0.54

korenasto povrće koren 0.23 2.7

lišće 0.19 2.8

luk lukovica 0.31 0.43

52

Ukoliko se uporede koncentracije aktivnosti uranijuma U-238 i torijuma Ra-226 nije uočeno

značajno odstupanje u uzorcima poljoprivrednog zemljišta što ukazuje na odsustvo kontaminacije i

tehnološkog povećanja ovih radionuklida.

0 10 20 30 40 500

50

100

150

200ko

ncen

traci

je a

ktiv

nost

i Th-

232

[Bq/

kg]

koncentracije aktivnosti Ra-226 [Bq/kg]

Slika 25. Odnos koncentracija aktivnosti torijuma Th-232 i uranijuma Ra-2226 u uzorcima

poljoprivrednog zemljišta

53

6. Predlog mera

Monitoring radioaktivnosti zemljišta i sedimenta u zaštićenim prirodnim područjima, kao što je

park prirode Begečka jama, ima višestruke koristi jer može da ukaže na površinsku kontaminaciju

radionuklidima usled depozicije iz vazduha ili vodenih ekosistema. Pored toga dobijaju se rezultati

dragoceni za radiološke karte zemljišta, odnosno atlase prirodne radioaktivnosti, pošto se radi o

neobrađivanom zemljištu koje se ne meša i čiji sastav se ne narušava uticajem čoveka. Takođe,

praćenjem redistribucije radionuklida u ovakvom zemljištu moguće je proceniti eroziju tla što je od

velike važnosti za dugogodišnje upravljanje zemljištom.

U zaštićenim područjima egzistira veliki broj životinjskih i biljnih vrsta čija brojnost, pa i

opstanak, a samim tim i dalja budućnost rezervata prirode zavisi u velikoj meri od ljudskih aktivnosti,

industrije, poljoprivrede, izgradnje. Negativni uticaj čoveka na ovakve prirodne oaze se može precizno

i brzo pratiti modernim analitičkim tehnikama, kao što je ispitivanje radioaktivnosti zemljišta.

Na osnovu dobijenih rezultata, generalno se može zaključiti da uzorci zemljišta sa svih lokacija

ne ukazuju na povećanje radioaktivnosti koje bi ugrozilo osetljivu ravnotežu flore i faune u ovom

zaštićenom području. Koncentracija aktivnosti uranijuma 238U u površinskom sloju zemljišta kreće se

u granicama od 14 do 65 Bq/kg što je u dobrom slaganju sa vrednostima za vojvođansko zemljište za

koje postoji najbolja sistematika merenja. Ni u jednom uzorku nije primećena povišena aktivnost

uranijuma 238U, 235U, tako ni osiromašenog uranijuma. Niske koncentracije uranijuma 238U ukazuju i

na to da je ovo područje izolovano od poljoprivrednih parcela i da nema izraženog spiranja i nanošenja

zemljišta na ovo područje. Koncentracije prirodnih radionuklida u uzorcima zemljišta su u proseku

duplo niže nego u uzorcima poljoprivrednog zemljišta, što potvrđuje prethodnu tvrdnju.

Koncentracije aktivnosti prirodnog radionuklida kalijuma 40K se u svim uzorcima kreću u

uobičajenim granicama. Može se uočiti da je prisustvo ovog radionuklida u organskom materijalu

normalno jer biljke usvajaju ovaj elemenat u značajnoj meri iz podloge.

Cezijum 137Cs je detektovan u svim uzorcima zemljišta i sedimenta i velike razlike u koncentracijama

od mikrolokacije do mikrolokacije ukazuju na njegovu redistribuciju usled izgleda terena (spiranje niz

strimine na obali Begeja, Dunava ili jame) ili plavljenje i stvaranje sedimenta i mulja uz obalu.

Ono što je uočeno u drugom projektu naše Laboratoije je da je transfer faktor radionuklida

prisutnih u zemljištu u močvarne biljke (lokvanj, rogoz, trska) znatno veći nego kod poljoprivrednih

kultura. Koncentracije radionuklida u sušenoj trsci i rogozu i u okolnom zemljištu i sedimentu bile su

54

na istom nivou što nije uočeno kod ostalih biljaka (trave, poljoprivrednih kultura i sl.). Ove močvarne

biljke predstavljaju bioremedijatore verovatno zbog svog anaerobnog načina usvajanja hranljivih

materija i izraženog sitastog sistema u dugačkoj i širokoj stabljici. Ovaj zaključak zahteva opsežnije

multidisciplinarno istraživanje i pošto za ovo područje Begečke jame postoji sistematika merenja

radioaktivnosti u zemljištu i sedimentu, logično je da se nastavi sa ispitivanjem radioaktivnosti biljnog

močvarnog materijala kako bi se potvrdila ova tvrdnja.Izmerene vrednosti koncentracije aktivnosti

radionuklida u ovom zemljištu ne odstupaju od uobičajenih vrednosti za poljoprivredno zemljište u

Vojvodini. Dobra korelacija između prirodnih radioaktivnih elemenata se može objasniti kako

geološkom prošlošću zemljišta, tako i činjenicom da ljudskim aktivnostima nije došlo do povećanja

koncentracije jednog od njih na bilo kojoj od lokacija na kojima je zemljište uzorkovano.

Radionuklid 137Cs je prisutan u svim uzorcima zemljišta. Ovaj radionuklid potiče iz havarije

nuklearne elektrane "Lenjin" u Černobilu 1986. godine. Obzirom da je period poluraspada ovog

radionuklida 30 godina procesima relokacija i ispiranja će se preraspoređivati, ali i biti prisutan još

dugo vremena u ekosistemu Vojvodine. Koncentracija aktivnosti ovog veštačkog radionuklida znatno

varira od jedne mikrolokacije do druge, što se naročito uočava kod nekultivisanog zemljišta u

parkovima gde nema obrade i mešanja površinskog i dubinskih slojeva zemljišta. Takva distribucija

po slojevima može se koristiti za izučavanje erozije zemljišta koja ima veliku ulogu u migraciji i

raspodeli radionuklida. . Raspodela koncentracije aktivnosti prirodnih radionuklida u uzorcima

nepoljoprivrednog zemljišta prati raspodelu radionuklida u poljoprivrednom

Odnos 238U i 226Ra se ne menja bitno u uzorcima. Obzirom da je koncentracija 238U u svim

uzorcima na uobičajenom nivou može se zaključiti da u izmerenim uzorcima nema indikacije za

prisustvo osiromašenog urana.

Koncentracija aktivnosti prirodnog radioaktivnog niza 232Th kao i 40K se u svim uzorcima

kreću u uobičajenim granicama.

Izmerene koncentracije aktivnosti dominantnih prirodnih radionuklida (uranijuma, radijuma,

torijuma i kalijuma) i radionuklida veštačkog porekla cezijuma u uzorcima zemljišta u toku 2012.

godine se kreću u uobičajenim granicama za vojvođansko zemljište. Aktivnosti prirodnih radionuklida

su u ravnoteži, a veštački radionuklidi nisu detektovani ili su detektovani u tragovima što ukazuje da

nema radioaktivne kontaminacije.

Procena transfer faktora za cezijum i radijum iz zemljišta u biljne kulture koje bi se na njemu

uzgajale izvršene su na osnovu srednjih vrednosti izmerenih koncentracija datih radionuklida i

potvrđuju pretpostavku o zdravstvenoj bezbednosti uzgajanja hrane na našem području – efektivne doze

usled ingestije ove količine radionuklida su ispod zakonski propisane granice od 1 mSv godišnje za

55

stanovništvo. Pošto se radionuklidi u većoj meri akumuliraju u listovima i korenu biljnih kultura

neophodno je pratiti radioaktivnost poljoprivrednog zemljišta, naročito ako se uzgajaju povrtarske

kulture (lisnato i korenasto povrće). Akumuliranje radionuklida u krmnom bilju i ispaši predstavlja

potencijalnu opasnost za povećanje radionuklida u mesu životinja.

Merenja u okviru ovog Programa praćenja radioaktivnosti poljoprivrednog i nepoljoprivrednog

zemljišta na području grada Novog Sada koja su finansirana od strane Gradske uprave za zaštitu

životne sredine grada Novog Sada predstavljaju jedinstvene podatke za monitoring radioaktivnosti

zemljišta za Srbiju, pošto znamo da trenutno nema monitoringa radioaktivnosti u Srbiji zbog problema

sa finansiranjem i verovatno ga neće ni biti u dužem vremenskom periodu. Ovakvi podaci su značajni

ne samo za našu zemlju nego i u evropskim i svetskim razmerama i naša zemlja je jedina koja ne

aplicira podatke monitoringa radioaktivnosti zemljišta u evropske baze. Za ostale zemlje članice ili

pristupne članove EU ovo slanje podataka je zakonska obaveza jer je neophodno poznavati nivo

radioaktivnosti za sva područja ukoliko dođe do nuklearnih akcidenata i havarija većih razmera. Zbog

toga je neophodno nastaviti sa praćenjem radioaktivnosti zemljišta u području opštine Novi Sad i

uzorkovanjem na što većem broju lokacija u gradu. Ujedno se na taj način prati i moguća

kontaminacija ekosistema Vojvodine proizvedenim radionuklidima. Ukoliko je teren gde se nalazi

poljoprivredno zemljište pogodan za akumuliranje radioaktivnosti (usled dejstva vetra, plavljenje reka

i kanala, površinske i podzemne vode, erozija zemljišta u kotlinama) neophodno je i češće vršiti

kontrolu radioaktivnosti.

56

7. Rezime Iako u Republici Srbiji nema nuklearnih elektrana, u neposrednom okruženju (Mađarska,

Bugarska i Rumunija) postoje nuklearne elektrane. Pri njihovom regularnom režimu rada dolazi do ispuštanja malih količina određenih radionuklida u životnu sredinu, dok su u slučaju eventualnih akcidentalnih situacija moguća ispuštanja vrlo visokih aktivnosti fisionih produkata (kao što su cezijum 137Cs i 134Cs i jod 131I) u atmosferu i vodotokove koji se mogu brzo transportovati i do ekosistema na teritoriji AP Vojvodine, odnosno dovesti do kontaminacije zemljišta i sedimenta. Kao posledica akcidenta u Černobilu 1986.godine još uvek se u zemljištu i sedimentu Vojvodine nalazi fisioni produkt cezijum 137Cs, čije je hemijsko ponašanje veoma slično kalijumu, te ga biljke mogu relativno lako usvajati, čime on dospeva u lance ishrane kopnenih i vodenih ekosistema. Različiti geohemijski procesi dovode do njegove redistribucije i koncentrisanja na pojedinim mikrolokacijama, što implicira veći radijacioni efekat i rizik po zdravlje odgovarajuće populacije organizama, pa prema tome i ljudi.

Na osnovu Ugovora o finansiranju realizacije projekta ''Praćenje radioaktivnosti zemljišta na teritoriji grada Novog Sada tokom 2012. godine'' potpisanog između Gradske uprave za zaštitu životne sredine grada Novog Sada i Prirodno-matematičkog fakulteta u Novom Sadu, Laboratorija za ispitivanje radioaktivnosti uzoraka i doze jonizujućeg i nejonizujućeg zračenja izvršila je merenje radioaktivnosti uzoraka poljoprivrednog zemljišta sa sledećih lokacija: Mišeluk, Paragovo, Rafinerija, Toplana i Kaćka šuma i uzoraka nepoljoprivrednog zemljišta iz parka prirode Begečka jama.

Tabela 1. Srednje vrednosti, standardne devijacije, minimalne i maksimalne koncentracije aktivnosti radionuklida u merenim uzorcima poljoprivrednog zemljišta

radionuklid Asr [Bq/kg] σ(Asr) [Bq/kg] Opseg [Bq/kg] 40K 559 72 465 – 774

226Ra 39 5 29.9– 50.8 232Th 40 9 25.8 – 58 238U 59 17 27 – 101 137Cs 5.5 2.0 1.5 – 12.6

Tabela 2. Srednje vrednosti, standardne devijacije, minimalne i maksimalne koncentracije aktivnosti radionuklida u merenim uzorcima nepoljoprivrednog zemljišta sa područja Begečke jame

Nepoljoprivredno zemljište – Begečka jama radionuklid Asr [Bq/kg] σ(Asr) [Bq/kg] Opseg [Bq/kg]

40K 438 133 236- 700 226Ra 28 10 12.7 – 46 232Th 27 11 11.8 – 48 238U 41 14 14 - 65

137Cs 25 23 1.3– 91.7

Generalno se može zaključiti da uzorci zemljišta sa svih lokacija ne ukazuju na povećanje radioaktivnosti koje bi ugrozilo proizvodnju hrane. Izmerene koncentracije aktivnosti 137Cs, uzimajući u obzir transfer faktore ovog izotopa u biljke, ne bi trebalo da ugroze zdravstvenu bezbednost proizvedene hrane.

Pošto je neophodno poznavati nivo radioaktivnosti zemljišta kako bi bili u mogućnosti da pratimo moguća zagađenja i kontaminacije ukoliko dođe do nuklearnih akcidenata i havarija većih razmera, važno je nastaviti sa praćenjem radioaktivnosti zemljišta u području opštine Novi Sad i uzorkovanjem na što većem broju lokacija u gradu.

57

Na osnovu dobijenih rezultata, generalno se može zaključiti da uzorci zemljišta sa svih lokacija ne ukazuju na povećanje radioaktivnosti koje bi ugrozilo osetljivu ravnotežu flore i faune u ovom zaštićenom području. Koncentracija aktivnosti uranijuma 238U u površinskom sloju zemljišta kreće se u granicama od 14 do 65 Bq/kg što je u dobrom slaganju sa vrednostima za vojvođansko zemljište za koje postoji najbolja sistematika merenja. Ni u jednom uzorku nije primećena povišena aktivnost uranijuma 238U, 235U, tako ni osiromašenog uranijuma. Niske koncentracije uranijuma 238U ukazuju i na to da je ovo područje izolovano od poljoprivrednih parcela i da nema izraženog spiranja i nanošenja zemljišta na ovo područje. Koncentracije prirodnih radionuklida u uzorcima zemljišta su u proseku duplo niže nego u uzorcima poljoprivrednog zemljišta, što potvrđuje prethodnu tvrdnju.

Uočeno je u našim naučnim istraživanjima da močvarne bilje (trska, rogoz i lokvanj) predstavljaju bioremedijatore i u značajnoj meri koncentrišu radionuklide. Ovaj zaključak zahteva opsežnije multidisciplinarno istraživanje i pošto za ovo područje Begečke jame postoji sistematika merenja radioaktivnosti u zemljištu i sedimentu, logično je da se nastavi sa ispitivanjem radioaktivnosti biljnog močvarnog materijala kako bi se potvrdila ova tvrdnja

Literatura:

1. EC, 1997: Radiation Protection 88. Recommendations for implementation of Title VII of the

European Basic Safety Standards concerning significant increase in exposure due to natural radiation sources. European Commission. Office for Official Publications of the European Commission. Radiation Protection Series.

2. IAEA Technical Reports Series No.295 – Measurement of Radionuclides in Food and the Environment - Section 5. - Collection and Preparation of Samples.

3. IAEA Safety Guide No.RS-G.1.8 Environmental and Source Monitoring for Purposes of Radiation Protection

4. UNSCEAR 2000 REPORT Vol. I SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000 Report to the General Assembly,with scientific annexes

5. ASTM C 1402 – 04 Standard Guide for High-Resolution gamma-Ray Spectrometry of Soil

Samples

6. I.Bikit, J.Slivka, M.Krmar, M.Vesković, Lj.Čonkić, E.Varga, S.Ćurčić, D.Mrđa, Determination of Depleted Uranium at the Novi Sad Low-Level Laboratory, Archive of Oncology 2001 in press

7. National Environment Health Action Plans, Hungary, WHO Regional Office for Europe (www.who.dk)

58

8. I.Bikit, J. Slivka, D. Mrdja, N. Zikic-Todorovic, S. Curcic, E. Varga, M. Veskovic, Lj. Conkic: Simple Method for Depleted Uranium Determination, Japanese Journal of Applied Physics (JJAP), 5269-5273, Tokyo (2003)

9. I .Bikit, J.Slivka, M.Veskovic, E.Varga, N.Zikic-Todorovic, D.Mrdja, S.Forkapic:

Measurement of Danube Sediment Radioactivity in Serbia and Montenegro Using Gamma Ray Spectrometry, Radiation Measurements 41 (2006) 477-481

10. I.Bikit, et al. : Radioactivity of the soil in Vojvodina (northern province of Serbia and

Montenegro), Journal of Environmental Radioactivity 78 (2005) 11-19

11. Handbook of parameter values for the prediction of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY – TRS-DRAFT document 2009

praĆenje radioaktivnosti zemljišta na · pdf filetreći niz naziva se...

Documents