RADIOAKTIVITA HORNIN ČESKÉ REPUBLIKY M. Matolín Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy matolin@natur.cuni.cz
COPYRIGHT Použití části nebo celého textu a obrázků souboru ke kopírování a reprodukci tiskem nebo v elektronické podobě se řídí autorskými právy. 2017 M. Matolín
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 1:500 000 Přehledné údaje o radioaktivitě hornin ČR Radon v horninách ČR
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
GENEZE HORNIN, PETROLOGICKÁ KLASIFIKACE HORNIN A ODHAD RADIOAKTIVITY
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.
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
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.
MAGMATICKÉ HORNINY Krystalizace silikátové taveniny Magmatické horniny hlubinné, žilné, výlevné převážně Dělení dle SiO 2 : > 65 % magmatity kyselé + rad 52 65 % magmatity střední 44 52 % 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
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
METAMORFOVANÉ HORNINY Krystalizace nových minerálů za podmínek teploty, tlaku, látkového složení Metamorfóza: teplota 200 1200 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
HORNINY MAGMATICKÉ
HORNINY SEDIMENTÁRNÍ
HORNINY METAMORFOVANÉ
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 (4.5 10 9 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.
HORNINY A RADIOAKTIVITA Přírodní radionuklidy K, U a Th nejsou určující pro název horniny Radioaktivitu hornin lze podle názvu horniny odhadovat, nikoliv určovat
Maria Island - Tasmanie
Pinnacles - Western Australia
Les 12 Apôtres - Victoria
Fairy Cove - Victoria
Les Olgas - Northern territory
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
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.
PŘÍRODNÍ RADIONUKLIDY V HORNINÁCH
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 0.012 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.
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 10 10 roků Photo Nature Odhadované stáří Země: 4.5 x 10 9 roků
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
RADIOAKTIVITA ZEMĚ
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
RADIOAKTIVITA HORNIN
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).
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 30 100 ngy/h středněradioaktivní horniny 100 300 ngy/h horniny o zvýšené radioaktivitě extrémy až X000 ngy/h
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.
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.
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...
MINERÁLY URANU Akcesorické minerály obsahující uran Zirkon Xenotim Monazit Apatit Titanit
URANOVÁ MINERALIZACE smolinec dolomit Smolinec uranová mineralizace v dolomitové žíle, Krušné hory
MINOBRAS 1977. Photographs Robert W. Jones MINERÁLY URANU
MINERÁLY THORIA Minerály thoria Huttonit Thorit, Uranothorit Cheralit Thorianit, Uranothorianit Akcesorické minerály obsahující thorium Monazit Xenotim Zircon Allanit (ortit) Apatit Epidot
MINERÁLY THORIA Monazit Thorit
RADIOAKTIVITA HORNIN Typické koncentrace přírodních radionuklidů K, U a Th v horninách zemské kůry Hornina % K ppm U ppm Th Th/U Gabra 0.5 0.6 3.1 5 Diority 1.8 2.6 9.2 4 Granity 3.7 5.4 24.6 5 Pískovce 0.8 2.0 5.5 3 Jílovce 2.7 4.0 16.0 4 Vápence 0.7 2.0 2.0 1 Černé břidlice 2.7 20.2 10.9 1 Ruly 3.1 4.1 12.5 3 Amfibolity 0.8 1.2 2.3 2
GEOLOGIE ČESKÉ REPUBLIKY
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)
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.
GEOLOGICKÁ MAPA ČESKÉ REPUBLIKY Česká geologická služba
MĚŘENÍ RADIOAKTIVITY HORNIN ČESKÉ REPUBLIKY
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). 1952 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. 1952 Univerzita Karlova, PřF UK výchova vysokoškoláků v oboru užitá geofyzika, 1956 zavedeny přednášky Radiometrie pro obor užitá geofyzika (1956 1958 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.
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
GEOFYZIKÁLNÍ RADIOMETRICKÝ PRŮZKUM V ČESKÉ REPUBLICE vzdálenost profilů Letecký TC 1957 1959 2000 m 100 % plochy ČR 1961 1971 250 m Letecký GS 1976 250 m 65 % plochy ČR Automobilový TC 1953 1971 250 m 25 % plochy ČR Automobilový GS 1976 1979 Pozemní TC 1946 1989 35 % plochy ČR Pozemní GS 1972 Ve vrtech TC 1946 Radonový průzkum 1949 1983 50 250 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
LETECKÝ GEOFYZIKÁLNÍ RADIOMETRICKÝ PRŮZKUM V ČESKÉ REPUBLICE Základními údaji pro sestavení radiometrické mapy České republiky byla letecká geofyzikální měření v měřítkách: 1:200 000 (1957 1959, vzdálenost tras letů 2000 m, výška letu 100 m, rychlost letu 150 km/h, změřeno Československo 100 %) 1:25 000 (1961 1971, 1976 dosud, vzdálenost tras letů 250 m, výška letu 80 m, rychlost letu 90 150 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
LETECKÉ RADIOMETRICKÉ MĚŘENÍ ČESKOSLOVENSKA 1957-1959 1957 1965 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 1:200 000 vydal ÚGÚ 1965. Sedlčany List mapy 1:200 000 Tábor pokrývá oblast granitoidů středočeského plutonu o zvýšené radioaktivitě.
MAPA RADIOAKTIVITY HORNIN ČESKOSLOVENSKA 1973 Expoziční příkon (µr/h) M. Matolín PřF UK 1973 Prvá mapa radioaktivity hornin Československa 1:500 000 umožnila srovnání a hodnocení radioaktivity regionálních geologických objektů.
AUTOMOBILOVÝ GAMA PRŮZKUM 1953 1971 Jáchymovské doly ÚSVTRS měření úhrnné gama aktivity (TC). 1976 1979ČSUP automobilová gama spektrometrie. Měřítko 1:25 000, nepravidelné trasy. 1953 36 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.
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
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.
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 1987. A global network of calibration facilities for field radiometric instruments. 44.8 % K 400 ppm U 800 ppm Th Czech Republic Austria Calibration pads
IAEA REFERENČNÍ PUBLIKACE O LETECKÉ A POZEMNÍ GAMA SPEKTROMETRII A KALIBRACI TERÉNNÍCH RADIOMETRICKÝCH PŘÍSTROJŮ 1976 1989 1991 2003 2010
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
RADIOMETRICKÁ MAPA ČESKÉ REPUBLIKY 1:500 000 (1995) Vstupní údaje o radioaktivitě: Regionální a detailní letecká radiometrická měření Pozemní automobilová a pěší radiometrická měření Pozemní gamaspektrometrická měření
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.
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.
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 871652 dat sítě 300 x 300 m. Měřítko vydané mapy: 1:500 000 Manová, Matolín, 1995
RADIOMETRICKÁ MAPA ČESKÉ REPUBLIKY 1: 500 000 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: 6 245 ngy/h Regionální koncentrace přírodních radionuklidů v horninách ČR: 0 5 % K 0 12 ppm U 0 45 ppm Th
RADIOAKTIVITA HORNIN ČESKÉ REPUBLIKY 250000 200000 871652 digitálních dat sítě 300 x 300 m na území České republiky Frequency 150000 100000 50000 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Gamma dose rate (ngy/h) Histogram distribuce hodnot dávkového příkonu záření gama hornin v ČR
RADIOMETRICKÁ MAPA ČR R 1:500 000 GERMANY 1 2 1 1 1 2 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
Radiometrická mapa ČR 1:500 000 Zvýšená radioaktivita sedimentů podél řeky Lužnice s akcesorickým monazitem a zirkonem se zvýšeným obsahem Th 0 100 ngy/h Typická koncentrace přírodních radionuklidů v sedimentech řeky Lužnice: 2.6 % K, 6.3 ppm U, 32.3 ppm Th
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
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
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
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 3 222 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 3 222 Rn
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.
RADIOAKTIVITA HORNIN ČR Hrad Bezděz zbudován v letech 1265 1278 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
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.
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 0.1 0.6 2.1 9.9 Příbram břidlice, droby 1.0 2.4 5.2 40.0 Radostín n. Osl. pararuly 2.0 3.3 7.6 64.0 Budišov durbachity 3.2 5.9 24.0 135.2 Bezděz znělec 5.1 8.6 32.0 195.3 Efektivní dávky z radiace hornin: Adršpach 0,06 msv/rok Bezděz 1,20 msv/rok
RADIOAKTIVITA HORNIN ČESKÉ REPUBLIKY Extrémní hodnoty Bezděz znělec (třetihory) 5.1 % K 8.6 ppm eu, 32.0 ppm eth 195.3 ngy/h Adršpach pískovec (druhohory) 0.1 % K 0.6 ppm eu, 2.1 ppm eth 9.9 ngy/h
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
PUBLIKACE A ZPRÁVY O RADIOAKTIVITĚ HORNIN ČESKOSLOVENSKA 1970 1976 1967 1973 1995
OVĚŘENÍ RADIOMETRICKÉ MAPY ČESKÉ REPUBLIKY
OVĚŘ ĚŘENÍ RADIOMETRICKÉ MAPY ČR R 1:500000 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 1:500000. Střední rozdíl údajů je 2,1 +/- 13,8 ngy/h.
OVĚŘ ĚŘENÍ RADIOMETRICKÉ MAPY ČESKÉ REPUBLIKY 0 200 ngy/h Dílčí území ověření dat Radiometrické mapy ČR dodatečným pozemním měřením PřF UK
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 80.2 +/- 39.9 82.3 +/- 40.9-2.1 81 Lovosice area 50.7 +/- 10.6 50-60 GER border 53.3 +/- 19.3 55.0 +/- 16.7-1.7 50 GER border 53.3 +/- 19.3 55.0 +/- 16.7-1.7 50 POL border 59.2 +/- 20.1 66.6 +/- 15.9-7.4 119 SVK border 46.8 +/- 7.4 60.3 +/- 5.8-13.5 34
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 56.0 +/- 16.4 57.3 +/- 11.6-1.3 +/- 13.3 66 66.6 +/- 15.9 69.2 +/- 16.9-2.6 +/- 21.9 119 60.3 +/- 5.8 54.1 +/- 5.9 +6.2 +/- 6.6 34
DEVIATIONS IN DOSE RATE MAPS CAUSED BY SCALE OF MAPPING AND DATA PROCESSING Teplice rhyolite 4.7 % K, 12 ppm eu, 41 ppm eth 1:500 000 ČGS 1995 1:25 000 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.
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
RADIOAKTIVITA HORNIN ČR
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
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.
RADON V HORNINÁCH ČESKÉ REPUBLIKY
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.
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: 0 100 kbq/m 3 běžné hodnoty 100 400 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.
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) 700 600 500 400 300 200 100 y = 6,2525x + 39,74 R 2 = 0,9886 <35 ngy/h 56-85 ngy/h 36-55 ngy/h 86-105 ngy/h >105 ngy/h 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Mean soil gas Rn (kbq.m -3 ) Barnet, Fojtíková
RADON V DOMECH Country Average Above 200 Country Average Above 200 Bq/m 3 % Bq/m 3 % Argentina 40.5 0.5 Korea 54.3 Austria 99 12 Latvia 70 Belgium 53 1 Lithuania 32 Canada 45 2.7 Netherlands 25 China 43.8 0.7 Norway 89 9 Czech Republic 118 12 Romania 50 Finland 120 Russia 55 France 90 Slovenia 87 5.7 Germany 49 1.6 Spain 45 Greece 55 3.1 Sweeden 108 10 13 Ireland 91 7 Switzerland 75 6 Italy 70 4.1 UK 20 0.9 Japan 15.5 USA 48 International Radon Project, Genéve 2007
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 2014. Údaje mapy dokládají význam ochrany obyvatelstva v rámci Radonového programu ČR 2010 2019 (www.radonovyprogram.cz). 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
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
RADONOVÝ INDEX POZEMKU STANOVENÍ PLYNOPROPUSTNOSTI ZEMIN Stanovení plynopropustnosti zemin měřením in situ 1 3 2 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
MAPY RADONOVÉHO RIZIKA Z GEOLOGICKÉHO PODLOŽÍ Mapy radonového rizika z geologického podloží pro území České republiky v měřítku 1:50 000 sestavil I. Barnet a kolektiv (Česká geologická služba)
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
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.