badanie aktywności radiocezu na obszarze transgranicznym polsko

Proceedings of ECOpole
Vol. 1, No. 1/2
2007
Agnieszka DOŁHAŃCZUK-ŚRÓDKA1, Zbigniew ZIEMBIK1
Maria WACŁAWEK1 i Ludmila HYŠPLEROVA2
BADANIE AKTYWNOŚCI RADIOCEZU NA OBSZARZE
TRANSGRANICZNYM POLSKO-CZESKIM
INVESTIGATION OF RADIOCESIUM ACTIVITY IN THE POLISH-CZECH
BORDER REGION
Streszczenie: Na skutek awarii reaktora EJ w Czarnobylu do środowiska przedostało się wiele izotopów
promieniotwórczych. Skażenia te objęły m.in. terytoria Polski i Czech. W ramach projektu współfinansowanego
ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego (Inicjatywa Wspólnotowa INTERREG IIIA Czechy-Polska) przeprowadzono badania, których celem było określenie aktualnych rozkładów terytorialnych depozycji
izotopów cezu w powierzchniowej warstwie gleby oraz mocy dawki promieniowania gamma na obszarze
transgranicznym polsko-czeskim.
Słowa kluczowe: 137Cs, gleba leśna, aktywność powierzchniowa
Sztuczne izotopy radioaktywne, które zostały wprowadzone do środowiska w wyniku
wybuchów jądrowych przeprowadzonych przez supermocarstwa w latach 50. i 60.
ubiegłego stulecia oraz po awarii w Czarnobylu (1986 r.), stanowią zagrożenia dla
środowiska naturalnego. Po tej katastrofie poziom skażenia terytorium Polski był bardzo
zróżnicowany. Według danych z 1996 roku, największe koncentracje radioaktywnego cezu
wystąpiły w województwie opolskim, w którym średnia aktywność powierzchniowa
wynosiła 16,6 kBq/m2 przy średniej w Polsce - 4,67 kBq/m2 [1-3].
Obszar zwiększonych koncentracji radioaktywnego cezu nazwano Anomalią Opolską.
Wykracza on poza granice województwa w pasie ciągnącym się od Krzepic i Kłobucka
w kierunku południowo-zachodnim, poprzez Kotlinę Kłodzką do okolic Jesenika i Opavy.
Na obszarze tym znajdowano i nadal znajduje się miejsca, w których aktywność
powierzchniowa radiocezu przekracza 100 kBq/m2, mimo że upłynęło 21 lat od
czarnobylskiej awarii.
Głównym celem badań, prowadzonych w ramach projektu współfinansowanego ze
środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Inicjatywy
Wspólnotowej INTERREG IIIA Czechy-Polska, była ocena aktualnej sytuacji
radiologicznej na obszarze transgranicznym polsko-czeskim.
W pracy przedstawiono wyniki pomiarów aktywności powierzchniowej 137Cs (a)
& na obszarze transgranicznym
w glebie oraz mocy dawki promieniowania gamma, H
polsko-czeskim.
( )
Metoda pomiaru
Aktywność powierzchniową radiocezu w glebie oraz moc dawki promieniowania
gamma określono za pomocą przenośnego spektrometru scyntylacyjnego InSpector1000
1
Zakład Badań Fizykochemicznych, Katedra Biotechnologii i Biologii Molekularnej, Uniwersytet Opolski,
ul. kard. B. Kominka 4, 45-032 Opole, tel. 077 401 60 40, e-mail: [email protected]
2
Katedra Chemii, Uniwersytet w Hradec Králové (CZ), Rokitanskeho 60, 500 03 Hradec Králové (CZ)
114
Agnieszka Dołhańczuk-Śródka, Zbigniew Ziembik, Maria Wacławek i Ludmila Hyšplerova
firmy Canberra. Spektrometr ten jest łatwym w użyciu, podręcznym, cyfrowym,
wielokanałowym analizatorem, idealnie przystosowanym do monitorowania środowiska.
Może on być używany we wszystkich polowych zastosowaniach pomiarowych,
wymagających określenia dawki i mocy dawki, lokalizacji źródeł, identyfikacji nuklidów
wraz z pomiarem aktywności oraz akwizycji widma i analizy. Do analizy widma
wykorzystano pakiet oprogramowania Genie-2000 (Gamma Analysis Option model
S501C).
Wyniki i ich analiza
Do badań wybrano lasy znajdujące na obszarach przygranicznych, należące do
Anomalii Opolskiej, która charakteryzuje się zwiększoną aktywnością 137Cs w glebie, oraz
na terenie Republiki Czeskiej, który jest przedłużeniem Anomalii Opolskiej.
Otrzymane wyniki pomiarów i zależności pomiędzy nimi były analizowane za pomocą
metod statystycznych. Do obliczeń wykorzystano język R w wersji 2.6.0 [4]. Obliczono
wartości parametrów charakteryzujących rozkład aktywności i mocy dawki
promieniowania gamma. Za pomocą testów Lillieforsa i Shapiro-Wilka badano istotność
hipotezy normalności rozkładu zmiennej losowej. Obliczano poziomy istotności αL (test
Lillieforsa) i αSW (test Shapiro-Wilka), umożliwiające odrzucenie lub akceptację
przypuszczenia o normalności badanego rozkładu. Do rozważań przyjęto krytyczną wartość
αkr równą 0,05. Wykorzystując metodę krigingu, sporządzono mapki pokazujące rozkład
& na badanym obszarze. Za pomocą regresji liniowej zbadano wpływ aktywności
a i H
powierzchniowej radiocezu na moc dawki promieniowania gamma.
W tabeli 1 zamieszczono dane charakteryzujące rozkład aktywności powierzchniowej
137
Cs [kBq/m2] oraz moc dawki promieniowania gamma [µSv/h] na badanym obszarze.
Przedstawiono wartości minimalne (Min.), maksymalne (Max), kwartyle dolne (Q1),
mediany (Q2), kwartyle górne (Q3).
Dane charakteryzujące rozkład aktywności 137Cs i mocy dawki na badanym terenie
Aktywność powierzchniowa 137Cs (a) [kBq/m2]
Tabela 1
Min.
> 0,01
& ) [µSv/h]
Moc dawki promieniowania gamma ( H
0,010
Q1
3,85
0,030
Q2
9,20
0,042
Q3
22,23
0,058
Max
77,59
0,095
Na rysunku 1 przedstawiono rozkład aktywności powierzchniowej 137Cs. Pokazano
także krzywą rozkładu normalnego o wartości średniej i odchyleniu standardowym
obliczonymi z danych pomiarowych. Można zauważyć, że rozkład ten znacznie odbiega od
normalnego. Dalsze obliczenia wykazały, że rozkład logarytmów z aktywności
powierzchniowej 137Cs jest zbliżony do normalnego. Potwierdziły to obliczenia, w wyniku
których otrzymano αL = 0,846 i αSW = 0,169, znacznie przekraczające krytyczną wartość
αkr. Można przyjąć, że rozkład logarytmów z aktywności powierzchniowych 137Cs jest
rozkładem normalnym.
115
Badanie aktywności radiocezu na obszarze transgranicznym polsko-czeskim
0,06
∆p [m 2/kBq]
∆a
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0,00
0
20
40
60
80
a [kBq/m 2]
Rys. 1. Histogram rozkładu gęstości prawdopodobieństwa aktywności powierzchniowej
obszarze
137
Cs na badanym
25
20
15
10
5
0
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
H [µSv/h]
Rys. 2. Histogram rozkładu gęstości prawdopodobieństwa mocy dawki promieniowania gamma na badanym
obszarze
Rozkład mocy dawki promieniowania gamma przedstawiono na rysunku 2.
Stwierdzono, że rozkład ten jest zbliżony do normalnego. Jednak przypuszczenia
o normalności tego rozkładu nie potwierdzają obliczone wartości αL i αSW, znacznie
mniejsze od αkr. Zlogarytmowanie wartości mocy dawki zwiększa wartości poziomów
istotności, które wynoszą αL = 0,053 i αSW = 0,130. Porównując te wartości z αkr, można
przyjąć, że rozkład logarytmów z mocy dawki jest normalny.
Uzyskane wyniki pomiarów aktywności powierzchniowej 137Cs (a) i mocy dawki
& przedstawiono w postaci map (rys. rys. 3, 4).
promieniowania gamma H
( )
116
Agnieszka Dołhańczuk-Śródka, Zbigniew Ziembik, Maria Wacławek i Ludmila Hyšplerova
Rys. 3. Rozkład aktywności powierzchniowej 137Cs na badanym obszarze
Rys. 4. Rozkład mocy dawki promieniowania gamma
Największe aktywności powierzchniowe radiocezu występują w okolicach
Łambinowic i Olesna, co pokrywa się z mapą Anomalii Opolskiej, opracowaną przez PIG
117
Badanie aktywności radiocezu na obszarze transgranicznym polsko-czeskim
w 1996 roku [2]. Nieco większą od przeciętnej aktywność radiocezu zaobserwowano na
obszarze pomiędzy Kłodzkiem a Jesenikiem.
Na rysunku 4 przedstawiono rozkład mocy dawki promieniowania gamma na badanym
obszarze. Stwierdzono, że miejsca o podwyższonej w stosunku do przeciętnej mocy dawki
pokrywają się z miejscami o podwyższonej aktywności radiocezu.
Można zauważyć liniową zależność pomiędzy aktywnością powierzchniową 137Cs
w glebie i mocą dawki promieniowania gamma (rys. 5). Parametry liniowej zależności
& ) = mlog(a) + b przedstawiono w tabeli 2.
log(H
Tabela 2
Parametry statystyczne liniowej zależności pomiędzy logarytmem mocy dawki i logarytmem aktywności
powierzchniowej radiocezu. Symbolem σ oznaczono odchylenia standardowe parametrów, a symbolem α
poziomy istotności m, b i współczynnika korelacji r
m
0,263
σm
0,036
b
–1,643
αm
> 0,001
σb
0,040
r
0,631
αm
> 0,001
αr
> 0,001
log(H/[µ Sv/h])
-1,0
+
+
+
-1,2
+
+
+
++++ +
+
-1,4
+
+
+ + +++
+
+
+
+
+ + +
+
++
+
+ + + + ++
+
+ +
+
+
-1,6
+
++
+
+
+
+
+ +
+ +
+
+
+
++ +
++
+ ++ +
+
+
+
+
+ ++ +
++
+
+
+
+
+
+
+
-1,8
+
-2,0
+
0,5
1,0
1,5
2
log(a/[kBq/m ])
Rys. 5. Zależność pomiędzy logarytmem z mocy dawki promieniowania gamma i logarytmem aktywności
powierzchniowej radiocezu. Linie krzywe pokazują 0,95 zakresy przedziałów ufności
Podsumowanie
Rozkład geograficzny aktywności powierzchniowej 137Cs w glebie pokazuje, że
skażenia tym radionuklidem były i są nierównomierne na badanym terenie. Wynika to ze
skomplikowanych dróg przenoszenia się mas skażonego powietrza oraz występowania
w końcu kwietnia i na początku maja 1986 r. lokalnych opadów deszczu, przy czym zależy
także od miejsca pomiaru, m.in. od rodzaju (formy geologicznej) gleby.
Uzyskane wyniki pomiarów aktywności powierzchniowej 137Cs w glebie leśnej na
obszarze transgranicznym polsko-czeskim pozwalają na stwierdzenie, że 21 lat po opadzie
związanym z awarią w EJ w Czarnobylu aktywność powierzchniowa 137Cs na niektórych
118
Agnieszka Dołhańczuk-Śródka, Zbigniew Ziembik, Maria Wacławek i Ludmila Hyšplerova
obszarach jest nadal duża. Największe jej wartości odnotowano w okolicach Olesna
i Łambinowic, co pokrywa się z mapą Anomalii Opolskiej, opracowaną przez PIG w 1996
roku [2]. Najmniejszymi wartościami aktywności 137Cs charakteryzowały się obszary po
stronie czeskiej, w okolicach Hradec Králové.
Promieniowanie 137Cs jest zauważalnym składnikiem łącznej dawki pochodzącej ze
źródeł promieniowania gamma, na jakie narażony jest człowiek.
Badania były realizowane w ramach projektu współfinansowanego ze środków
Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego (Inicjatywa Wspólnotowa INTERREG
IIIA Czechy-Polska).
Literatura
[1]
Jagielak J., Biernacka M., Grabowski D. i Henschke J.: Zmiany sytuacji radiologicznej środowiska Polski
w okresie 10 lat po awarii w Czarnobylu. PIOŚ, Biblioteka Ochrony Środowiska, Warszawa 1996.
[2] Strzelecki R., Wołkowicz S. i Lewandowski P.: Mapa skażeń cezem obszaru Polski. PIG, Warszawa 1996.
[3] Komunikat 12/S/96 - Skażenie gleb w gminach województwa opolskiego - PIOŚ (WIOŚ-Opole) 1996.
[4] R Development Core Team (2007). R: A language and environment for statistical computing. R Foundation
for Statistical Computing,Vienna, Austria. ISBN 3-900051-07-0, URL http://www.R-project.org.
INVESTIGATION OF RADIOCESIUM ACTIVITY IN THE POLISH-CZECH
BORDER REGION
Summary: As the result of breakdown of the nuclear power plant in Chernobyl large quantities of radioactive
substances were released to environment. Among others the territories of Poland and Czech were contaminated.
The aim of the project was investigation of current local depositions of cesium isotopes close to soil surface and
total dose of gamma radiation in the Polish - Czech border region. The work was partly supported by European
Regional Development Fund (Community Initiative INTERREG IIIA Czech-Poland).
Keywords: 137Cs, forest soil, surface activity