RADIOAKTIVITA HORNIN ČESKÉ REPUBLIKY. M. Matolín Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy

Transkript

1 RADIOAKTIVITA HORNIN ČESKÉ REPUBLIKY M. Matolín Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy

2 COPYRIGHT Použití části nebo celého textu a obrázků souboru ke kopírování a reprodukci tiskem nebo v elektronické podobě se řídí autorskými právy M. Matolín

3 OBSAH PRESENTACE Horniny geneze a radioaktivita Přírodní radionuklidy v horninách Radioaktivita Země Radioaktivita hornin zemské kůry Geologie České republiky Měření radioaktivity hornin České republiky Radiometrická mapa České republiky 1: Přehledné údaje o radioaktivitě hornin ČR Radon v horninách ČR

4 JÁCHYMOV HISTORIE OBJEVU URANU A RADIOAKTIVITY Czech Republic 16 století: Hrabě Stephan Schlik, zakladatel dolů na stříbro v Jáchymově a svatá Barbora, patron Horníků Mineralizace: Ag, Bi, Co, Ni, U 21 století: Radonové lázně Jáchymov s lázeňskými objekty F. Běhounek a M. Curie

5 GENEZE HORNIN, PETROLOGICKÁ KLASIFIKACE HORNIN A ODHAD RADIOAKTIVITY

6 MINERÁLY A HORNINY Minerály (nerosty) stavební jednotka hornin. Minerály lze definovat chemickým vzorcem Horniny se mohou skládat z minerálů, úlomků a tmele. Všechny tyto složky jsou zdrojem radioaktivity.

7 PETROLOGICKÁ KLASIFIKACE HORNIN Znaky a vlastnosti hornin Geneze název horniny Minerální složení (minerály hlavní, vedlejší, akcesorické) Stavba hornin: struktura (tvar velikost, sepětí minerálů) závisí na teplotě, tlaku, době tuhnutí textura prostorové uspořádání minerálů závisí na gravitaci, proudění, dynamice děje Fyzikální vlastnosti hornin: objemová hmotnost, tvrdost, nasáklivost, odlučnost, barva,.není uvedena radioaktivita Chemismus horniny Barva horniny Původ horniny Radioaktivita: minerály hlavní živce obsahují draslík minerály akcesorické obsahují uran, thorium mineralizace U a Th

8 Horniny se dle geneze dělí na: GENEZE HORNIN Magmatické horniny vznikly krystalizací tekutého magmatu o vysoké teplotě. Dle pozice tuhnutí jsou to tělesa intrusivní (hlubinná a podpovrchová) a extrusivní (výlevná), dle tvaru jsou to hlubinné batolity, tělesa žilná a sopouchy, a různé formy výlevných těles. Příklad: granity, diority, gabra, fonolity, bazalty. Sedimentární horniny vznikly mechanickým usazením úlomků a částic horninového materiálu transportovaného vodou nebo vzduchem, chemickou sedimentací látek z nasycených roztoků a kupením organických hmot. Příklad: pískovce, jílovce, slíny, slepence, vápence, uhlí. Metamorfované horniny vznikly rekrystalizací hornin často za podmínek vysokého tlaku a teploty. Základní formy metamorfózy hornin jsou metamorfóza regionální, kontaktní a dislokační. Příklad: ruly, svory, břidlice, amfibolity, mramory, migmatity.

9 MAGMATICKÉ HORNINY Krystalizace silikátové taveniny Magmatické horniny hlubinné, žilné, výlevné převážně Dělení dle SiO 2 : > 65 % magmatity kyselé + rad % magmatity střední % magmatity bázické - rad < 44 % magmatity ultrabázické - - rad Alkálie (K, Na) převážně + rad alkalický živec - ortoklas Vápník (Ca) převážně rad živce sodno-vápenaté - plagioklas Krystalizace magmatu (N. L. Bowen) Diferenciace magmatu Klasifikace magmatitů: IUGS QAPF system (quartz, alkaline feldspar, plagioclase, foids) Strekeisen klasifikace magmatitů QAPF Efuzivní horniny klasifikace dle TAS diagramu (Na 2 O+K 2 O vs SiO 2 ) Niggli klasifikace na 184 druhů magmatických hornin

10 SEDIMENTÁRN RNÍ HORNINY Dle genese: úlomkovité (klastické) pískovec chemické sádrovec organogenní uhlí Zvětrávání: přítomnost kyselin, teplota, vítr, voda K živce jílové minerály (illit) + rad? rad Sedimentace a diagenese/zpevnění (+ tmel? rad) Klastické sedimenty (dle velikosti zrn): > 2 mm psefity slepenec, štěrk 0,063 2 mm psamity pískovec, arkoza 0,004 0,063 mm aleurity? rad prachovec < 0,004 mm pelity + rad jílovec, jílová břidlice

11 METAMORFOVANÉ HORNINY Krystalizace nových minerálů za podmínek teploty, tlaku, látkového složení Metamorfóza: teplota C - metamorfní fácie tlak nadloží, směrný tlak, tlak fluid, (MPa) látkové složení přínos/odnos radionuklidů Vznik orthobřidlic (z magmatitů) ortorula? +rad Vznik parabřidlic (ze sedimentů) pararula? rad Migmatity: vznik injekční metamorfózou hornina + metatekt K metatekt + rad Si metatekt - rad Pohyb přírodních radionuklidů za nízkých a vysokých teplot a tlaků: K pohyblivý U pohyblivý Th málo pohyblivý? Granulity v ČR: nízkoradioaktivní nízké koncentrace U a Th

12 HORNINY MAGMATICKÉ

13 HORNINY SEDIMENTÁRNÍ

14 HORNINY METAMORFOVANÉ

15 NÁZVY HORNIN Horniny lze dělit dle doby jejich vzniku (stáří hornin). Geologická období jsou: Archaikum, proterozoikum, paleozoikum (kambrium, ordovik, silur, karbon, perm), mesozoikum (trias, jura, křída), terciér (paleogén, neogén), kvartér (holocén, pleistocén). Stáří hornin se obvykle uvádí v Ma. Odhad stáří Země je 4500 Ma ( roků). Horniny lze klasifikovat dle jejich převažujícího chemismu. Horniny lze označovat dle přítomnosti význačných minerálů. Horniny lze označovat dle velikosti částic, které je skládají. Horniny lze označovat dle jejich zpevnění nebo destrukce. Horniny lze označit dle místa vzniku (autochtonní, allochtonní). Horniny lze označovat dle jejich barvy.

16 HORNINY A RADIOAKTIVITA Přírodní radionuklidy K, U a Th nejsou určující pro název horniny Radioaktivitu hornin lze podle názvu horniny odhadovat, nikoliv určovat

17 Maria Island - Tasmanie

18 Pinnacles - Western Australia

19 Les 12 Apôtres - Victoria

20 Fairy Cove - Victoria

21 Les Olgas - Northern territory

22

23

24

25

26

27

28 M e t a m o r f o v a n é Komponenty hornin mají svoji radioaktivitu Metamorfovaná hornina h o r n i n y

29 RADIOAKTIVITA HORNIN Odhad radioaktivity hornin dle petrologického zařazení Magmatické horniny jejich radioaktivita obvykle roste s obsahem SiO 2 (kyselostí magmatických hornin). Kyselé magmatity (např. granity) vykazují vyšší radioaktivitu než bazické magmatity (např. gabro). Sedimentární horniny jejich radioaktivita obvykle roste s obsahem jílových minerálů. Jíly a jílovce vykazují vyšší radioaktivitu. Metamorfované horniny jejich radioaktivita obvykle odpovídá původnímu horninovému materiálu, z kterého metamorfované horniny vznikly rekrystalizací. Ortoruly převážně vykazují vyšší radioaktivitu než pararuly. Název horniny podle petrologické určení není podkladem pro kvantitativní stanovení radioaktivity horniny.

30 PŘÍRODNÍ RADIONUKLIDY V HORNINÁCH

31 ZDROJE RADIOAKTIVITY V HORNINÁCH Primordiální radionuklidy vznikly při synthese Země. Zachovaly se radionuklidy s dlouhým poločasem přeměny. V horninách se nachází více než 20 primordiálních radionuklidů ( 40 K, 87 Rb, 147 Sm, 176 Lu, 187 Re, 232 Th, 235 U, 238 U a jiné), avšak z hlediska jejich přítomnosti v horninách a energie a intensity emise jejich jaderného záření jsou podstatné a snadno měřitelné pouze některé. Tyto významné přírodní radionuklidy, podmiňující radioaktivitu hornin, jsou K, U a Th. 40 K je radioaktivní izotop draslíku zastoupený v přirozené směsi izotopů draslíku procenty. 40 K emituje zářeníβa γ. 238 U, 235 U a 232 Th jsou mateřskými prvky tří přírodních přeměnových řad. U a Th a jejich produkty přeměny v přeměnových řadách emitují zářeníα, β a γ. Koncové produkty přeměny v přeměnových řadách jsou izotopy olova, které jsou stabilní.

32 ZDROJE RADIOAKTIVITY V HORNINÁCH Poločasy přeměn K, U a Th jsou velmi dlouhé a tyto přírodní radionuklidy jsou stálými zdroji radioaktivity hornin: T 1/2 ( 40 K) = 1.3 x 10 9 roků T 1/2 ( 238 U) = 4.47 x 10 9 roků T 1/2 ( 235 U) = 7.13 x 10 8 roků T 1/2 ( 232 Th) = 1.39 x roků Photo Nature Odhadované stáří Země: 4.5 x 10 9 roků

33 DRASLÍK, URAN A THORIUM ZDROJ RADIOAKTIVITY V HORNINÁCH Draslík, uran a thorium jsou přítomné v minerálech a jiných komponentách hornin. Draslík (K) má 3 izotopy. Pouze izotop 40 K je radioaktivní. Je zdrojem záření beta a gama. U a Th vytváří přeměnové řady, členy přeměnových řad jsou radioaktivní. Radionuklidy U a Th přeměnových řad jsou zdrojem záření alfa, beta a gama. Dávkový příkon záření gama (ngy/h) generovaný jednotlivými radionuklidy K, U a Th v horninách je stejného řádu. V geovědách se hmotnostní koncentrace přírodních radionuklidů v horninách vyjadřují: K % K U, Th 1 ppm = 1 µg/g

34 RADIOAKTIVITA ZEMĚ

35 RADIOAKTIVITA ZEMĚ Země, poloměr r = 6371 km Sféry Země: zemská kůra (6 80 km), zemský plášť (do hloubky 2900 km), jádro Země (vnější-tekuté, vnitřní-pevné) Hlavní zdroje radiace v Zemi a horninách jsou K, U a Th. Rozložení přírodních radionuklidů v Zemi: zemská kůra: horniny značně geochemicky diferencované, alkalické horniny mají zvýšené obsahy přírodních radionuklidů (X % K, X ppm U, X až X0 ppm Th), bazické horniny mají nízké obsahy přírodních radioaktivních prvků (0,X % K, 0,X ppm U, X ppm Th), zemský plášť: obsahy přírodních radionuklidů velmi nízké (analogie s meteority). ppm: smluvní jednotky v geovědách pro vyjádření hmotnostní koncentrace prvků v horninách, 1 ppm = 1 µg/g Geothermální energie přeměny radionuklidů jsou podstatným zdrojem tepla na Zemi NASA USGS

36 RADIOAKTIVITA HORNIN

37 VELIČINY A JEDNOTKY RADIOAKTIVITY Výsledky geofyzikálních měření radioaktivity, které monitorují a popisují radioaktivitu lokálních a areálních zdrojů radioaktivity v přírodním prostředí se vyjadřují ve vedlejších jednotkách mezinárodního systému fyzikálních veličin SI a ve smluvních jednotkách geovědních oborů. SI jednotky: aktivita (Bq) hmotnostní aktivita (Bq/kg) objemová aktivita (Bq/m 3, kbq/m 3 ) radon v půdě plošná aktivita (Bq/m 2, kbq/m 2 ) 137 Cs kontaminace dávka (Gy) dávkový příkon (Gy/s, ngy/h) mapy radioaktivity hornin efektivní dávka (Sv) Geovědy: přírodní radionuklidy v horninách K, U, Th hmotnostní koncentrace K (%K) 1 % K = 0,01 g/g = 313 Bq/kg hmotnostní koncentrace U (ppm U) 1 ppm U = 1µg/g = 12,35 Bq/kg hmotnostní koncentrace Th (ppm Th) 1 ppm Th = 1 µg/g = 4,06 Bq/kg (převodní vztahy dle IAEA) Hmotnostní koncentrací K se rozumí celková koncentrace draslíku (nikoliv 40 K), hmotnostní koncentrací U nebo Th se rozumí koncentrace uranu nebo thoria pouze. Výsledky terénních gamaspektrometrických analýz K, U a Th se vyjadřují v % K, ppm eu a ppm eth (e ekvivalentní koncentrace U nebo Th pro předpoklad radioaktivní rovnováhy v přeměnové řadě).

38 RADIOAKTIVITA HORNIN Střední hodnoty hmotnostní koncentrace přírodních radionuklidů v horninách zemské kůry: 2,0 2,5 % K 2 3 ppm U 1 ppm U = 1 µg U/g = 12,35 Bq/kg 8 12 ppm Th 1 ppm Th = 1 µg Th/g = 4,06 Bq/kg Typické hmotnostní koncentrace přírodních radionuklidů v horninách ČR: 0 5 % K extrém do 8 % K (pegmatity) 0 12 ppm U extrém X00 ppm U (alkalické magmatity) 0 50 ppm Th extrém X000 ppm Th (plážové písky) Typické hodnoty dávkových příkonů záření gama hornin: 5 30 ngy/h nízkoradioaktivní horniny ngy/h středněradioaktivní horniny ngy/h horniny o zvýšené radioaktivitě extrémy až X000 ngy/h

39 RADIOAKTIVITA HORNIN Přírodní radioaktivní prvky K, U a Th jsou přítomné v minerálech a komponentách, které horniny tvoří. Draslík (K) má vysoký obsah v draselných živcích a ve slídách. Draslík je v horninovém prostředí mobilní. Uran (U) máčetné geochemické formy přítomnosti v horninách. Vytváří samostatné minerály (uraninit, smolinec) nebo je isomorfně přítomen v jiných minerálech (např.: zirkon, monazit, xenotim, apatit a j.) Uran je v horninovém prostředí mobilní. Thorium (Th) má rovněž složité geochemické formy přítomnosti v horninách. Minerály s obsahem Th jsou např. zirkon, monazit, xenotim, apatit, epidot a j. Thorium je v horninovém prostředí relativně stálé.

40 MINERÁLY DRASLÍKU Minerály draslíku Draselný živec (ortoklas) Leucit Muskovit Biotit Sericit Flogopit Nefelin horninotvorný minerál světlá slída tmavá slída slída slída Plagioklas Glaukonit Draslík bývá sorbován jílovými minerály. Metasomatosa a alterace (změny) hornin bývají provázeny nabohacením horniny draslíkem.

41 GEOCHEMIE URANU Valenční stavy uranu: U+4 (tetravalentní), U+6 (hexavalentní-rozpustný), U(OH)+3 (třívalentní) Geneze minerálů uranu: primarní (uraninite a smolinec), sekundární (četné formy tvořené oxidací) Minerály uranu podle chemického složení: Oxidy (uraninit, smolinec) Silikáty (coffinit, uranothorite, uranophane) Vanadáty (karnotit, tyuyamunit) Fosfáty (autunit) Arsenáty (zeunerit) Karbonáty (schroeckingerit) Sulfáty (zippeit)... Molybdáty, Teluráty, Selenidy, Niobáty, Tantaláty...

42 MINERÁLY URANU Akcesorické minerály obsahující uran Zirkon Xenotim Monazit Apatit Titanit

43 URANOVÁ MINERALIZACE smolinec dolomit Smolinec uranová mineralizace v dolomitové žíle, Krušné hory

44 MINOBRAS Photographs Robert W. Jones MINERÁLY URANU

45 MINERÁLY THORIA Minerály thoria Huttonit Thorit, Uranothorit Cheralit Thorianit, Uranothorianit Akcesorické minerály obsahující thorium Monazit Xenotim Zircon Allanit (ortit) Apatit Epidot

46 MINERÁLY THORIA Monazit Thorit

47 RADIOAKTIVITA HORNIN Typické koncentrace přírodních radionuklidů K, U a Th v horninách zemské kůry Hornina % K ppm U ppm Th Th/U Gabra Diority Granity Pískovce Jílovce Vápence Černé břidlice Ruly Amfibolity

48 GEOLOGIE ČESKÉ REPUBLIKY

49 GEOLOGIE ČESKÉ REPUBLIKY 1 2 Český masív 1 Prahory čtvrtohory (Z část ČR) magmatické horniny sedimentární horniny metamorfované horniny Západní Karpaty 2 Druhohory čtvrtohory (V část ČR) sedimentární horniny (zvrásněné sedimenty flyše)

50 GEOLOGIE ČESKÉ REPUBLIKY 1 2 Na území České republiky se nachází dvě základní geologické jednotky: Český masív (Čechy a západní část Moravy - 1) a Západní Karpaty (východní a jihovýchodní část Moravy - 2). Hranicí je přibližně linie Znojmo Ostrava. Český masív tvoří fundament Českého masívu, sedimenty permokarbonu a platformní pokryvy. Zvýšenou radioaktivitu vykazují sedimenty epochy siluru (prvohory - paleozoikum ), magmatity variské orogeneze (prvohory) a vulkanity terciéru (třetihory). Západní Karpaty jsou součástí pásma Alpid. Tvoří je sedimenty druhohor a třetihor, které byly vyvrásněny v třetihorách. Sedimenty Západních Karpat mají převážně nízkou radioaktivitu. Na území České republiky jsou horniny magmatické, sedimentární a metamorfované proterozoického (starohory) až kvartérního (čvrtohory) stáří.

51 GEOLOGICKÁ MAPA ČESKÉ REPUBLIKY Česká geologická služba

52 MĚŘENÍ RADIOAKTIVITY HORNIN ČESKÉ REPUBLIKY

53 ČESKOSLOVENSKO POČÁTKY GEOFYZIKÁLNÍCH RADIOMETRICKÝCH MĚŘENÍ 1946 Jáchymovské doly pozdější ÚSVTR, ČSUP a dnešní DIAMO s.p. průzkum a dobývání uranu. Plošný geofyzikální průzkum (zejména metody R, M, E) Ústav užité geofyziky pobočky Brno, Praha, Bratislava. Geofyzikální výzkum a aplikace pro průzkum nerostných surovin komplexem geofyzikálních metod (G, M, E, S, R, K). Letecké radiometrické měření Československa. Vývoj přenosných gama spektrometrů Univerzita Karlova, PřF UK výchova vysokoškoláků v oboru užitá geofyzika, 1956 zavedeny přednášky Radiometrie pro obor užitá geofyzika ( vedeny v ruštině). Později užitá geofyzika též na UK Bratislava a VŠB Ostrava. Spolupráce PřF UK s ČSUP, Geofyzikou Brno a Federálním ministerstvem paliv a energetiky.

54 METODY RADIOMETRICKÉHO MAPOVÁNÍ A TECHNIKY MĚŘENÍ Techniky gama průzkumu: Letecké měření Automobilové měření Pozemní měření s přenosnými radiometry Měření ve vrtech Měření na mořském dně Laboratorní měření horninových vzorků Technika radonového průzkumu: Stanovení radonu ( 222 Rn) and thoronu ( 220 Rn) v půdním vzduchu

55 GEOFYZIKÁLNÍ RADIOMETRICKÝ PRŮZKUM V ČESKÉ REPUBLICE vzdálenost profilů Letecký TC m 100 % plochy ČR m Letecký GS m 65 % plochy ČR Automobilový TC m 25 % plochy ČR Automobilový GS Pozemní TC % plochy ČR Pozemní GS 1972 Ve vrtech TC 1946 Radonový průzkum m > 25 % plochy ČR Laboratorní měření vzorků hornin Průzkum uranu provedl ČSUP, letecká měření Geofyzika Brno, k radiometrickému mapování přispěl Český geologický ústav TC měření úhrnné gama aktivity GS gama spektrometrie

56 LETECKÝ GEOFYZIKÁLNÍ RADIOMETRICKÝ PRŮZKUM V ČESKÉ REPUBLICE Základními údaji pro sestavení radiometrické mapy České republiky byla letecká geofyzikální měření v měřítkách: 1: ( , vzdálenost tras letů 2000 m, výška letu 100 m, rychlost letu 150 km/h, změřeno Československo 100 %) 1: ( , 1976 dosud, vzdálenost tras letů 250 m, výška letu 80 m, rychlost letu km/h, změřeny vybrané oblasti. Pokrytí: TC 100 % plochy ČR, GS 60 % plochy ČR) Sonda magnetometru a radiometrická aparatura Letadlo AN-2 s aparaturou ASGM-25 a vrtulník Mi-2 s leteckým gamaspektrometrem DiGRS-3001, (NaI(Tl) 14,8 litrů

57 LETECKÉ RADIOMETRICKÉ MĚŘENÍ ČESKOSLOVENSKA Aparatura ASGM-25 (SSSR) pro radiometrické a magnetometrické mapování hornin Benešov 15 µr/h 5 Třebíč Mapa profilů expozičního příkonu záření gama hornin na povrchu země (µr/h). Vzdálenost profilů 2 km odpovídá 5-15 µr/h. Mapy v měřítku 1: vydal ÚGÚ Sedlčany List mapy 1: Tábor pokrývá oblast granitoidů středočeského plutonu o zvýšené radioaktivitě.

58 MAPA RADIOAKTIVITY HORNIN ČESKOSLOVENSKA 1973 Expoziční příkon (µr/h) M. Matolín PřF UK 1973 Prvá mapa radioaktivity hornin Československa 1: umožnila srovnání a hodnocení radioaktivity regionálních geologických objektů.

59 AUTOMOBILOVÝ GAMA PRŮZKUM Jáchymovské doly ÚSVTRS měření úhrnné gama aktivity (TC) ČSUP automobilová gama spektrometrie. Měřítko 1:25 000, nepravidelné trasy GM 1976 NaI(Tl) 1,85 l Automobilový gama radiometr SG-14 (SSSR) s 36 GM počítacími trubicemi VS-9, citlivost 12 imp/s na 1 µr/h. Analogový zápis četnosti impulsů Automobilový gama spektrometr DiGRS-2000 (Exploranium Kanada), NaI(Tl) 1,85 litru, stanovení K, U, Th stripping metodou, analogový zápis.

60 PĚŠÍ GAMA PRŮZKUM GS-256 GT-40 Radiometr RP-3D Měření úhrnné gama aktivity Stanovení dávkového příkonu gama záření hornin (ngy/h) Gama spektrometry Stanovení K, U a Th v horninách

61 International Atomic Energy Agency A GLOBAL RADIOELEMENT BASELINE Letecká a pozemní gamaspektrometrická měření a měření úhrnné aktivity gama pokryla v uplynulých 50ti letech více než 50 % povrchu kontinentů. Gama spektrometrie byla uznána za významnou techniku pro mapování K, U a Th. Za účelem standardizace radiometrických údajů a jejich plného využití, IAEA dala podnět k projektu A Global Radioelement Baseline. Publikace: Radioelement Mapping, IAEA 2010.

62 A GLOBAL RADIOELEMENT BASELINE A global radioelement baseline for gamma-ray spectrometric data requires that all gamma-ray data be acquired and processed in a globally consistent way. Instrument calibration: Primary reference standards for laboratory gamma-ray spectrometry issued by the IAEA Seibersdorf Laboratory in A global network of calibration facilities for field radiometric instruments % K 400 ppm U 800 ppm Th Czech Republic Austria Calibration pads

63 IAEA REFERENČNÍ PUBLIKACE O LETECKÉ A POZEMNÍ GAMA SPEKTROMETRII A KALIBRACI TERÉNNÍCH RADIOMETRICKÝCH PŘÍSTROJŮ

64 KALIBRAČNÍ ZÁKLADNA PRO TERÉNNÍ GAMA SPEKTROMETRY DIAMO s.p. Stráž pod Ralskem Česká republika Kalibrační standardy pro terénní gama spektrometry Zřízeno v roce 2010 Kalibrační modely pro měření ve vrtech

65 RADIOMETRICKÁ MAPA ČESKÉ REPUBLIKY 1: (1995) Vstupní údaje o radioaktivitě: Regionální a detailní letecká radiometrická měření Pozemní automobilová a pěší radiometrická měření Pozemní gamaspektrometrická měření

66 ZPĚTNÁ KALIBRACE RADIOMETRICKÉ MAPY ČESKÉ REPUBLIKY Zpětná kalibrace je součástí konceptu IAEA A Global Radioelement Baseline. Spočívá v úpravě starších radiometrických dat podle přesných pozemních gamaspektrometrických měření s přístrojem kalibrovaným na spolehlivých standardech.

67 ZPĚTNÁ KALIBRACE RADIOMETRICKÉ MAPY ČESKÉ REPUBLIKY 1995 Regrese údajú pozemní gama spektrometrie a leteckého měření 122 pozemních profilů o délce 1 5 km bylo v roce 1994 změřeno přenosným gama spektrometrem GS-256. Stanovený dávkový příkon gama záření hornin byl srovnán s údaji dřívejšího leteckého měření. Z regresní analýzy byl určen korekční koeficient pro údaje leteckých měření.

68 RADIOMETRICKÁ MAPA ČESKÉ REPUBLIKY Dávkový příkon p zářenz ení gama hornin (ngy/h) Zjednodušený obraz Sestavení mapy: Česká geologická služba a PřF UK v Praze dat sítě 300 x 300 m. Měřítko vydané mapy: 1: Manová, Matolín, 1995

69 RADIOMETRICKÁ MAPA ČESKÉ REPUBLIKY 1: Mapa dávkového příkonu záření gama hornin (ngy/h) Zdroje terestrického gama záření: K, U a Th Střední hodnota dávkového příkonu terestrického záření gama v České republice: 66 ngy/h Rozsah regionální radioaktivity terestrického záření gama v České republice: ngy/h Regionální koncentrace přírodních radionuklidů v horninách ČR: 0 5 % K 0 12 ppm U 0 45 ppm Th

70 RADIOAKTIVITA HORNIN ČESKÉ REPUBLIKY digitálních dat sítě 300 x 300 m na území České republiky Frequency Gamma dose rate (ngy/h) Histogram distribuce hodnot dávkového příkonu záření gama hornin v ČR

71 RADIOMETRICKÁ MAPA ČR R 1: GERMANY AUSTRIA 1 0 Dávkový příkon záření 100 gama (ngy/h) ngy/h Variské granitoidy (1-zvýšená radioaktivita) a mariánskolázeňské metabázity (2 nízká radioaktivita) Radioaktivní granitoidy centrálního masivu (1) a třebíčského syenitového masivu (2). Durbachity (2) jsou nejvíce radioaktivní horniny

72 Radiometrická mapa ČR 1: Zvýšená radioaktivita sedimentů podél řeky Lužnice s akcesorickým monazitem a zirkonem se zvýšeným obsahem Th ngy/h Typická koncentrace přírodních radionuklidů v sedimentech řeky Lužnice: 2.6 % K, 6.3 ppm U, 32.3 ppm Th

73 LETECKÉ GAMA SPEKTROMETRICKÉ MAPY CZE Thorium Uran Draslík ppm eth Miligal Brno 2003 ppm eu %K Gamaspektrometrická data K, U,Th lze použít pro geologický výzkum a hodnocení radiace přírodního prostředí

74 GEOLOGIE A RADIOAKTIVITA HORNIN Česká republika Druhohorní sedimenty Horniny České republiky vykazují značné rozdíly v radioaktivitě. Regionální geologické struktury jsou v Radiometrické mapě dobře patrné Radiometrická mapa Manová, Matolín 1995 Granitické horniny Geologická mapa Česká geologická služba Variské granitoidy jsou vysoce radioaktivní

75 RADIOAKTIVITA HORNIN ČR Geologická mapa ČR Horniny magmatické Horniny sedimentární Horniny metamorfované Radioaktivita hornin Českého masívu Výsledky laboratorních měření úhrnné aktivity gama horninových vzorků vyjádřeny v ekvivalentní koncentraci uranu. Intervaly radioaktivity charakterizují 68 % naměřených hodnot Data PřF UK 1970

76 Radiometrická mapa ČR AAA Lokalita Krucemburk Prachovce a vápenaté pískovce stáří křídy o nízké radioaktivitě: 0.9 % K 1.8 ppm eu 4.2 ppm eth 33 ngy/h 18 kbq/m Rn přenosný gamaspektrometr GS-256 Lokalita Budišov Variské durbachity o vysoké radioaktivitě: 3.2 % K 5.9 ppm eu 24.0 ppm eth 135 ngy/h 96 kbq/m Rn

77 RADIOAKTIVITA HORNIN ČR Radioaktivita čediče stanovena terénní gamaspektrometrií: 1,2 % K 3,4 ppm eu 13,6 ppm eth, 68,9 ngy/h. Příkon fotonového dávkového ekvivalentu v území 0,16 µsv/h. Románská rotunda sv. Jiří na hoře Říp Hora Říp, sopouch alkalického čediče, stáří 25,6 milionů let třetihorní vulkanit Českého středohoří, 459 m, nefelinitový čedič (nefelin, amfibol, magnetit) hornina o střední radioaktivitě.

78 RADIOAKTIVITA HORNIN ČR Hrad Bezděz zbudován v letech Přemyslem Otakarem II. Malý Bezděz (578 m) a Velký Bezděz (604 m), znělec, třetihorní vulkanit Českého středohoří, stáří 34 milionů let, deskovitá odlučnost. Hornina o zvýšené radioaktivitě. 5,1 % K 8,6 ppm eu, 32,0 ppm eth 195,3 ngy/h Příkon fotonového dávkového ekvivalentu v území 0,28 µsv/h. GS-256 Stanovení K, U a Th přenosným gamaspektrometrem GS-256 na výchozu znělce u hradu

79 RADIOAKTIVITA HORNIN ČR Polická pánev, teplicko-adršpašské skály. Kvádrové pískovce středního turonu. Druhorní pískovce středně zrnité nebo hrubozrnné s malou kaolinickou příměsí. Hornina s extrémně nízkou radioaktivitou: 0,1 % K 0,6 ppm eu, 2,1 ppm eth 9,9 ngy/h Příkon fotonového dávkového ekvivalentu v území 0,08 µsv/h.

80 RADIOAKTIVITA HORNIN ČESKÉ REPUBLIKY Typický rozsah koncentrací K, U a Th v horninách a dávkový příkon gama záření hornin na území České republiky Locality Rock % K ppm eu ppm eth ngy/h Adršpach pískovce Příbram břidlice, droby Radostín n. Osl. pararuly Budišov durbachity Bezděz znělec Efektivní dávky z radiace hornin: Adršpach 0,06 msv/rok Bezděz 1,20 msv/rok

81 RADIOAKTIVITA HORNIN ČESKÉ REPUBLIKY Extrémní hodnoty Bezděz znělec (třetihory) 5.1 % K 8.6 ppm eu, 32.0 ppm eth ngy/h Adršpach pískovec (druhohory) 0.1 % K 0.6 ppm eu, 2.1 ppm eth 9.9 ngy/h

82 POROVNÁNÍ RADIOAKTIVITY HORNIN dávkový příkon záření gama Austria 43 ngy/h Belgium 43 ngy/h Canada 34 ngy/h Czech Republic 66 ngy/h Findland 65 ngy/h France 68 ngy/h Poland 34 ngy/h United Kingdom 40 ngy/h United States 43 ngy/h Globalní průměr 55 ngy/h

83 PUBLIKACE A ZPRÁVY O RADIOAKTIVITĚ HORNIN ČESKOSLOVENSKA

84 OVĚŘENÍ RADIOMETRICKÉ MAPY ČESKÉ REPUBLIKY

85 OVĚŘ ĚŘENÍ RADIOMETRICKÉ MAPY ČR R 1: V roce 1995 bylo kalibrovaným gama spektrometrem GS-256 změřeno dynamicky 81 pozemních profilů 1 5 km dlouhých a výsledky byly převedeny na dávkový příkon záření gama (ngy/h). Tyto radiometrické údaje byly srovnány s hodnotami, které v daném území uvádí Radiometrická mapa ČR 1: Střední rozdíl údajů je 2,1 +/- 13,8 ngy/h.

86 OVĚŘ ĚŘENÍ RADIOMETRICKÉ MAPY ČESKÉ REPUBLIKY ngy/h Dílčí území ověření dat Radiometrické mapy ČR dodatečným pozemním měřením PřF UK

87 VERIFICATION OF THE RADIOMETRIC MAP OF THE CZECH REPUBLIC Means of dose rate determined at N ground gamma-ray spectrometry profiles 1 km long and dose rate reported by the radiometric map Region GS (ngy/h) Map (ngy/h) Difference (ngy/h) N Bohemia + Moravia / / Lovosice area / GER border / / GER border / / POL border / / SVK border / /

88 COMPARISON OF RADIOMETRIC MAPS Czech Republic, Germany, Poland and Slovakia in border zones CZE GER POL SVK difference N stations ngy/h ngy/h ngy/h ngy/h ngy/h / / / / / / / / /

89 DEVIATIONS IN DOSE RATE MAPS CAUSED BY SCALE OF MAPPING AND DATA PROCESSING Teplice rhyolite 4.7 % K, 12 ppm eu, 41 ppm eth 1: ČGS : Miligal 2014 Map of terrestrial dose rate based on airborne mapping at height 100 m and profile separation 2000 m. Data gridding 300 x 300 m. Map of terrestrial dose rate based on airborne mapping at height 80 m and profile separation 250 m. Data gridding 125 x 125 m.

90 AIRBORNE AND GROUND COMPARISON MEASUREMENT, CZECH REPUBLIC Airborne gamma-ray spectrometer with scintillation NaI (Tl) detector Field high energy resolution gammaray spectrometer Canberra with HP Ge detector (SURO Prague) Portable gamma-ray spectrometer GS-256 with scintillation detector NaI(Tl) 76x76 mm PřF UK Prague Airport Liberec

91 RADIOAKTIVITA HORNIN ČR

92 TYPICKÉ HODNOTY RADIOAKTIVITY HORNIN ČR A DÁVKY ABSORBOVANÉHO ZÁŘENÍ Oblast hornina K U Th D a E % K ppm eu ppm eth ngy/h msv/rok Adršpach pískovce 0,1 0,6 2,1 9,9 0,06 Krucemburk pískovce 0,9 1,8 4,2 33,0 0,20 Příbram břidlice, droby 1,0 2,4 5,2 40,0 0,25 Dol. Rožínka pararuly 1,7 3,5 8,7 63,9 0,39 Radostín n. Osl. pararuly 2,0 3,3 7,6 64,0 0,39 Říp alkalický čedič 1,2 3,4 13,6 68,9 0,42 Příbram granodiorit 2,0 3,4 13,0 78,5 0,48 Budišov durbachit 3,2 5,9 24,0 135,2 0,83 Bezděz znělec 5,1 8,6 32,0 195,3 1,20 Data K, U, Th: terénní gama spektrometrie Výpočet efektivní dávky E pro celoroční pobyt v daném prostředí podle vztahu UNSCEAR 1993 E = D a.. t. 0,7

93 TYPICKÉ HODNOTY RADIOAKTIVITY HORNIN ČR A INDEX HMOTNOSTNÍ AKTIVITY Oblast hornina K U Th D a I % K ppm eu ppm eth ngy/h Adršpach pískovce 0,1 0,6 2,1 9,9 0,07 Krucemburk pískovce 0,9 1,8 4,2 33,0 0,25 Příbram břidlice, droby 1,0 2,4 5,2 40,0 0,31 Dol. Rožínka pararuly 1,7 3,5 8,7 63,9 0,34 Radostín n. Osl. pararuly 2,0 3,3 7,6 64,0 0,50 Říp alkalický čedič 1,2 3,4 13,6 68,9 0,54 Příbram granodiorit 2,0 3,4 13,0 78,5 0,61 Budišov durbachit 3,2 5,9 24,0 135,2 1,06 Bezděz znělec 5,1 8,6 32,0 195,3 1,54 Data K, U, Th: terénní gama spektrometrie Výpočet indexu hmotnostní aktivity podle vyhlášky č. 422/2016 Sb.

94 RADON V HORNINÁCH ČESKÉ REPUBLIKY

95 IZOTOPY RADONU Uran (U) a thorium (Th), primordiální radionuklidy, jsou přítomné v horninách. Jejich přeměnou vznikají izotopy radonu. Radon, radioaktivní plyn, má 3 izotopy. mateřský prvek isotop radonu poločas přeměny název 238 U 222 Rn 3.82 d Radon 235 U 219 Rn 3.92 s Aktinon 232 Th 220 Rn 55.3 s Thoron Objemové aktivity radonu a thoronu v horninách (Bq/m 3 ) jsou stejného řádu. Aktinon je vzhledem ke krátkému poločasu přeměny a k malé přítomnosti 235 U v horninách bezvýznamný. V horninách se izotopy radonu šíří difusí a konvekcí. Relativně dlouhý poločas přeměny radonu ( 222 Rn) je pro šíření radonu významný, migrační délky radonu v horninovém prostředí jsou řádu X X0 m. Radon 222 Rn je objektem zájmu při průzkumu uranu i při mapování radonového rizika pozemků.

96 RADIOAKTIVITA PŮDNÍHO VZDUCHU Zdroj radioaktivity: 222 Rn, 220 Rn, 219 Rn (radon, thoron, aktinon). Izotopy radonu jsou zdrojem záření alfa, produkty jejich přeměny jsou zdrojem zářeníα, β, γ. Významné radionuklidy: 222 Rn, 220 Rn (radon a thoron). 222 Rn má objemovou hmotnost 9,73 kg/m 3 (vzduch 1,29 kg/m 3 ) Objemové aktivity radonu v horninách (půdním vzduchu) ČR: kbq/m 3 běžné hodnoty kbq/m 3 vysoké hodnoty X000 kbq/m 3 extrémnně vysoké lokální hodnoty Migrace radonu (T ½ = 3,82 dne) v horninovém prostředí je na vzdálenost X X0 m, migrace thoronu (T ½ = 54,5 s) v horninovém prostředí je na vzdálenost X cm. Radon z geologického podloží proniká do obytných budov a je nejvýznačnějším zdrojem absorbovaných dávek záření obyvatelstva z přírodního prostředí.

97 Radon v atmosférickém vzduchu Bq/m 3 Radon v domě RADON V PŮDĚ A DOMECH ČR kbq/m 3 Indoor and soil gas Rn after gamma dose rate categories Radon v půdním vzduchu referenční úroveň radonu v domech je 300 Bq/m 3 (vyhláška č. 422/2016 Sb.) Mean indoor Rn (Bq.m*-3) y = 6,2525x + 39,74 R 2 = 0,9886 <35 ngy/h ngy/h ngy/h ngy/h >105 ngy/h Mean soil gas Rn (kbq.m -3 ) Barnet, Fojtíková

98 RADON V DOMECH Country Average Above 200 Country Average Above 200 Bq/m 3 % Bq/m 3 % Argentina Korea 54.3 Austria Latvia 70 Belgium 53 1 Lithuania 32 Canada Netherlands 25 China Norway 89 9 Czech Republic Romania 50 Finland 120 Russia 55 France 90 Slovenia Germany Spain 45 Greece Sweeden Ireland 91 7 Switzerland 75 6 Italy UK Japan 15.5 USA 48 International Radon Project, Genéve 2007

99 Radon v domech (Bq/m 3 ) European Atlas of Natural Radiation Radon v domech: místnosti v suterénu a přízemí, data aritmetického průměru objemové aktivity radonu sítě 10 x 10 km. Údaje dostupné do května Údaje mapy dokládají význam ochrany obyvatelstva v rámci Radonového programu ČR ( Stanovení radonového indexu pozemku je prevence proti vysokým objemovým aktivitám radonu v domech. T. Tolefsen et al. (Radiation Protection Dosimetry 2014) IES - Institute for Environment and Sustainability Ispra - Italy

100 RADONOVÝ INDEX POZEMKU STANOVENÍ RADONU V PŮDNÍM VZDUCHU Princip: Dutá tyč je zaražena do země Vzorek půdního vzduchu je odsát a převeden do detektoru Obsahuje radon a thoron Je stanoveno záření alfa radonu Radon je zdrojem alfa záření. Radon je detekován pomocí Lucasových komor nebo ionizačních komor nebo polovodičových Si detektorů. 382 Impulsů/min Dutá tyč - sonda Radon detektor Lucas komora 222 Rn zemina Kategorie radonového indexu: nízký střední vysoký Příslušná ochrana domu

101 RADONOVÝ INDEX POZEMKU STANOVENÍ PLYNOPROPUSTNOSTI ZEMIN Stanovení plynopropustnosti zemin měřením in situ Plynopropustoměr Radon-JOK Stanovení plynopropustnosti zemin na základě rychlosti čerpání půdního vzduchu 1 dutá tyč v zemi 2 plastický vak 3 závaží Stanovení plynopropustnosti zemin odborným posouzením zemin

102 MAPY RADONOVÉHO RIZIKA Z GEOLOGICKÉHO PODLOŽÍ Mapy radonového rizika z geologického podloží pro území České republiky v měřítku 1: sestavil I. Barnet a kolektiv (Česká geologická služba)

103 RADIOAKTIVITA HORNIN A RADON V DOMECH ČESKÉ REPUBLIKY Horniny v geologickém podloží domů jsou hlavním zdrojem radonu v obytných a pobytových prostorách Radon v domech Mapa objemové aktivity radonu v ovzduší domů SÚRO Praha 2010 Radioaktivita hornin Mapa dávkového příkonu záření gama hornin Manová, Matolín 1995

104 SYSTÉM STANDARDIZACE ÚDAJŮ O RADONU V ČESKÉ REPUBLICE Národní radon komora: Ověření přístroje, jeho funkce, SÚJCHBO, Kamenná citlivosti a kalibrace Ověření zpracování dat. Národní radonkomora je navázána na PTB Braunschweig, GER * Radon referenční plochy: Test odběru vzorků půdního vzduchu, PřF UK, středníčechy Přenos vzorku půdního vzduchu a jeho časování, Test přístroje na měření radonu a jeho funkce, Test zpracování dat, Vyloučení thoronu, Stabilita terénních operací.