STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST

STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST Obor SOČ: 2. Fyzika Měření gama radioaktivity minerálních vod v oblasti Lázní Jeseník Measurement of the gamma radioactivity in mineral waters of the Jeseník Spa area OPRAVENÁ VERZE Autor: Škola: Kraj: Marie Hlavačková Gymnázium Frýdlant nad Ostravicí náměstí T. G. Masaryka 1260 739 11 Frýdlant nad Ostravicí Moravskoslezský Konzultant: doc. Dr. RNDr. Petr Alexa Institut fyziky VŠB-TU Ostrava Hornicko-geologická fakulta 17. listopadu 15 708 33 Ostrava Frýdlant nad Ostravicí 2014

Prohlášení Prohlašuji, že jsem svou práci SOČ vypracovala samostatně a použila jsem pouze podklady uvedené v seznamu vloženém v práci SOČ. Prohlašuji, že tištěná verze a elektronická verze soutěžní práce SOČ jsou shodné. Nemám závažný důvod proti zpřístupňování této práce v souladu se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) v platném znění. Ve Frýdlantě nad Ostravicí dne podpis:

Poděkování Děkuji panu doc. Dr. RNDr. Petru Alexovi za veškerou jeho obětavou pomoc a podnětné připomínky, které mi během práce poskytoval. Dále děkuji panu Mgr. Lukáši Bjolkovi za jeho pomoc s touto prací.

ANOTACE V této práci byl proveden gamaspektrometrický rozbor 11 minerálních pramenů z oblasti Lázní Jeseník. Ve třech z těchto pramenů byla zjištěna objemová aktivita 222 Rn z aktivity jeho přeměnových produktů: (118,2 ± 4,6) Bq/l v Jitřním prameni, (113,5 ± 5,2) Bq/l v Pražském prameni a (74,6 ± 2,9) Bq/l v Slovanském prameni. V Jitřním a Pražském prameni převyšuje objemová aktivita 222 Rn směrné hodnoty dané Vyhláškou 307/2002 Sb. pro dodávanou vodu. Radioaktivní izotop K byl zjištěn v 6 pramenech (nejvyšší objemová aktivita (10,4 ± 4,4) Bq/l ve Vilémově prameni). Klíčová slova: gama spektrometrie; minerální voda; přírodní radioaktivita; Lázně Jeseník; radon ANNOTATION Gamma-spectrometric analysis of 11 mineral springs in the Jeseník Spa area has been performed. Volume activity of 222 Rn was determined from the activity of its decay products in three springs: (118.2 ± 4.6) Bq/l in the Jitřní pramen, (113.5 ± 5.2) Bq/l in the Pražský pramen and (74.6 ± 2.9) Bq/l in the Slovanský pramen. Volume activities of 222 Rn in the Jitřní pramen and the Pražský pramen exceed the guidance levels for water suplied according to the Decree of the SÚJB No. 307/2002 Coll. The radioactive isotope K was detected in six springs (the highest volume activity of (10.4 ± 4.4) Bq/l in the Vilémův pramen). Key words: gamma spectrometry; mineral water; natural radioactivity; Jesenik Spa; radon

Obsah Úvod...6 1 Teoretická část...7 1.1 Radioaktivita v životním prostředí...7 1.2 Biologické účinky záření...8 1.3 Detekce gama záření...10 2 Praktická část...11 2.1 Odběr vzorků...11 2.2 Měření gama záření...12 2.3 Zpracování výsledků měření...13 2.3.1 Prameny s předpokládaným obsahem radonu...13 2.3.2 Ostatní prameny...19 3 Diskuze...25 Závěr...27 Literatura...28 Přílohy...29 5

Úvod Tato práce si klade za cíl zjistit pomocí gama spektrometrie, jaké izotopy, s jak velkou objemovou aktivitou a s jakými biologickými účinky na člověka, se vyskytují ve veřejně přístupných minerálních pramenech v Lázních Jeseník. Vzhledem k předchozímu zkušebnímu měření byly vybrány tři prameny, ve kterých se předpokládal zvýšený obsah 222 Rn. Kromě těchto pramenů bylo odebráno dalších osm dobře přístupných pramenů. U všech pramenů byla určena jejich objemová aktivita detekovaných izotopů a z ní pak vyvozeny případné dopady na zdraví člověka. 6

1 Teoretická část 1.1 Radioaktivita v životním prostředí V životním prostředí se přirozeně vyskytují izotopy, které podléhají radioaktivní přeměně. Jádro takovéhoto nestabilního izotopu se přeměňuje na jiné, přičemž tento proces doprovází záření. To může být vícerého druhu: Záření alfa z jádra je emitována α částice, tedy jádro hélia ( 4 He), které je tvořeno dvěma protony a dvěma neutrony. Toto záření je silně ionizující. Například: 226 Ra 222 Rn + 4 He Záření beta jádro emituje elektron. Jelikož v jádru nejsou elektrony, při β - přeměně se neutron rozpadne na proton, elektron a elektronové antineutrino. Protonové číslo se tím pádem o jedna zvětší. Například: Pb Bi + e - + v e Elektronový záchyt jádro zachytí elektron z vlastního elektronového obalu, přičemž proton v jádře se přemění na neutron a elektronové neutrino. Protonové číslo se tím pádem o jedna zmenší. Například: K + e - Ar + v e Záření gama jedná se o elektromagnetické záření, které často vzniká spolu s alfa či beta zářením při radioaktivní přeměně jader, a to při přechodu nově vzniklého jádra z excitovaného stavu s vyšší energií do excitovaného stavu s nižší energií nebo do základního stavu. Záření gama je méně ionizující než alfa či beta, přesto je pro živé organismy nebezpečné. Záření gama má čárové spektrum, což znamená, že jeden radionuklid emituje pouze fotony s určitými energiemi, které jsou pro přeměnu charakteristické. U přírodních radionuklidů se tyto energie pohybují mezi 47 kev ( 210 Pb) a 2615 kev ( 208 Tl). [1] Rozpadová neboli přeměnová řada je řada izotopů, na které se postupně přemění izotop, kterým řada začíná. Na konci rozpadové řady je stabilní izotop. Rozlišujeme tyto 3 přirozené rozpadové řady: Řada uranová, která začíná uranem 238 U a končí olovem 206 Pb. Řada aktinuranová, která začíná uranem 235 U a končí olovem 207 Pb. 7

Řada thoriová, která začíná thoriem 232 Th a končí olovem 208 Pb. [2] Vedle radionuklidů, které jsou součástí některé z přirozených rozpadových řad, existují ještě samostatné radionuklidy, jejichž produkty rozpadu jsou stabilní. Mezi samostatné radionuklidy vyskytující se dále v této práci patří například K. 1.2 Biologické účinky záření Veličinami, které charakterizují působení záření na látku, jsou: Dávka je energie záření absorbovaná v hmotnostní jednotce ozařované látky. Jednotkou dávky je gray (Gy) s rozměrem J kg -1. Ekvivalentní dávka je definována vztahem: H T = w R D T (1) kde D T je střední dávka záření ve tkáni nebo orgánu T (Gy) a w R radiační váhový faktor závislý na druhu záření. Jednotkou ekvivalentní dávky je Sievert (Sv). Radiační váhový faktor vyjadřuje relativní biologickou účinnost jednotlivých typů záření vzhledem k záření fotonovému. V případě gama záření je tedy radiační váhový faktor roven 1, tím pádem je ekvivalentní dávka číselně rovna dávce. Efektivní dávka je součet všech středních hodnot ekvivalentních dávek ve tkáních a orgánech lidského těla. E= w T H T (Sv) (2) kde H T je ekvivalentní dávka ve tkáni nebo orgánu (Sv) a w T tkáňový váhový faktor. Tkáňový váhový faktor vyjadřuje relativní příspěvek daného orgánu nebo tkáně k celkové zdravotní újmě způsobené rovnoměrným ozařováním celého těla. Součet všech tkáňových váhových faktorů se musí rovnat 1. Příjem I je definován jako aktivita radionuklidu přijatá do lidského organismu z prostředí, obvykle požitím nebo vdechnutím. Jednotkou příjmu je becquerel (Bq). Po příjmu radioaktivní látky ingescí či inhalací přechází tato látka z plic nebo zažívacího ústrojí do tělesných tekutin. Rychlost tohoto děje je dána chemickými vlastnostmi požité látky. Radioaktivní látka se částečně vylučuje z těla močí, stolicí 8

a potem, částečně se ukládá v některých orgánech a její aktivita se postupně snižuje podle velikosti přeměnové konstanty. Koeficient udávající efektivní dávku v těle připadající na jednotkový příjem se nazývá konverzní faktor příjmu. Udává se v Sv/Bq. Hodnoty konverzních faktorů se liší podle věku uživatele, jak ukazuje Tab. 1. Konverzní faktory pro dospělé jsou platné pro tzv. referenčního člověka charakteristického zástupce populace s hmotností 70 kg, příjmem vody za den 3 l a obsahem vody v těle 42 kg. [2] Tab. 1: pro K [3] Konverzní faktory h ing pro příjem požitím u jednotlivců z obyvatelstva Věk (v letech) Konverzní faktor h ing < 1 6,2 10-8 1-2 4,2 10-8 2-7 2,1 10-8 7-12 1,3 10-8 12-17 7,6 10-9 > 17 6,2 10-9 Platná legislativa Vyhláška 307/2002 Sb. Státního úřadu pro jadernou bezpečnost [3] stanoví: Obecné limity, tedy závazné hodnoty pro jednotlivce z obyvatelstva, jejichž překročení není přípustné. Pro součet efektivních dávek ze zevního ozáření a úvazků efektivních dávek z vnitřního ozáření je stanoven obecný limit 1 msv za kalendářní rok. Směrné hodnoty obsahu přírodních radionuklidů v balené vodě a ve vodě určené k veřejnému zásobování pitnou vodou, které jsou stanoveny v tabulce č. 4 přílohy č. 10 Vyhlášky. Při jejich překročení se balená voda může uvádět do oběhu a pitná voda dodávat k veřejnému zásobování jen ve zdůvodněných případech, kdy náklady spojené se zásahem ke snížení obsahu radionuklidů, zejména výběrem jiného zdroje vody nebo odradonováním vody nebo jiným vhodným zásahem, by byly prokazatelně vyšší než rizika zdravotní újmy. Mezní hodnoty obsahu přírodních radionuklidů pro pitnou vodu dodávanou k veřejnému zásobování a balenou vodu, které jsou stanoveny hodnotami objemových aktivit v tabulce č. 5 přílohy č. 10 Vyhlášky. Je-li ve vodě přítomno více přírodních radionuklidů, nesmí být součet podílů objemových aktivit jednotlivých radionuklidů a odpovídajících hodnot v 9

tabulce č. 5 přílohy č. 10 Vyhlášky větší než 1. 1.3 Detekce gama záření Pro detekci gama záření se současným co nejpřesnějším určením jeho energie se používají především polovodičové detektory. Fotony gama záření neionizují přímo, protože nemají elektrický náboj. Nabité částice (elektrony, pozitrony) vznikají teprve při interakci fotonů s atomy (fotoefekt, Comptonův jev, tvorba párů elektron-pozitron). Polovodičové detektory Základem polovodičového detektoru je monokrystalický polovodič. Vnikne-li ionizující částice do takovéhoto polovodiče, vytváří v něm páry elektron díra. Dochází k lavinovitému uvolňování elektronů do vodivostního pásu a tvorbě děr ve valenčním pásu, přičemž počet uvolněných nosičů náboje závisí na energii primární částice. Právě tohoto principu využívají polovodičové detektory. Přivedeme-li na detektor napětí v závěrném směru, pak vlivem elektrického pole se volné nosiče nábojů, elektrony a díry, dají do pohybu v příslušném směru a v připojeném obvodu vznikne proudový impuls, jehož velikost závisí na energii dopadající částice ionizujícího záření. To umožňuje použít polovodičové detektory pro spektrometrická měření. Energetická rozlišovací schopnost polovodičových detektorů je značně lepší než rozlišovací schopnost jiných detektorů, protože na vytvoření páru elektron díra je třeba energie pouze v řádu jednotek ev. [2] [4] 10

2 Praktická část 2.1 Odběr vzorků Pro účel této práce byly odebrány vzorky minerálních vod z pramenů v oblasti Lázní Jeseník, ve kterých se předpokládal zvýšený výskyt radionuklidů. Při odběru bylo postupováno podle metody popsané v technické normě ČSN EN ISO 5667-1 [5] a ČSN EN ISO 5667-14 [6]. Vzorky ze tří pramenů byly odebrány s ohledem na následné měření objemové aktivity radonu ( 222 Rn). Tyto prameny byly vybrány díky předchozímu zkušebnímu měření. Není také bez zajímavosti, že celá oblast odběru se nachází na území se středním radonovým indexem podloží, které bývá zpravidla hlavním zdrojem radonu. Pro tyto prameny (Tab. 2) byly použity Marinelliho nádoby o objemu 620 ml vymyté zředěnou kyselinou chlorovodíkovou a kyselinou dusičnou. Tyto nádoby byly při odběru zcela naplněny vodou pramene a ihned zakonzervovány kyselinou dusičnou podle ČSN EN ISO 5667-3A [7] (ph < 2) a vzduchotěsně uzavřeny voskem kofix, aby se zamezilo úniku radonu. Vzorky byly poté převezeny k měření do laboratoře VŠB- TUO. Měření proběhlo v souladu s normou ČSN 75 7624 [8] do 4 dní od odběru. Tab. 2: Prameny pro měření objemové aktivity 222 Rn Název pramene Datum odběru Čas odběru Jitřní pramen 2. 6. 2013 14:55 Slovanský pramen 2. 6. 2013 13:47 Pražský pramen 2. 6. 2013 13:34 U zbývajících vzorků (Tab. 3) se nepředpokládala zvýšená objemová aktivita radonu 222 Rn, a proto byly odebrány do polyethylenových vzorkovnic vymytých způsobem uvedeným výše a převezeny k měření do laboratoře VŠB-TUO, kde byly zakonzervovány kyselinou dusičnou (ph < 2). 11

Tab. 3: Ostatní odebrané prameny Název pramene Datum odběru Čas odběru Pramen Adéla 20. 10. 2013 13:44 Pramen Flóra 20. 10. 2013 13:46 Pramen Anna 20. 10. 2013 13:53 Bezručův pramen 20. 10. 2013 13:56 Vilémův pramen 20. 10. 2013 14:16 Smrkový pramen 20. 10. 2013 14:20 Polský pramen 20. 10. 2013 15:13 Josefův pramen 20. 10. 2013 15:20 2.2 Měření gama záření Gama spektrometr v laboratoři VŠB-TUO se skládá z polovodičového germaniového detektoru gama záření GC3018 firmy Canberra chlazeného kapalným dusíkem, masivního stínění, mnohokanálového analyzátoru DSA 1000 a počítače se spektrometrickým softwarem Genie 2000. [9] Obr. 1: Schéma měřící soustavy Základem detektoru je krystal vysoce čistého germania, na nějž je v závěrném směru přivedeno napětí o velikosti 4 kv. Je chlazen kapalným dusíkem nacházejícím se v Dewarově nádobě. Masivní stínění detektoru se skládá z deseticentimetrové vrstvy olova, která odstiňuje nežádoucí záření z okolí, z milimetrové vrstvy kadmia, která odstiňuje rentgenové záření z olova, a milimetrové vrstvy mědi, která odstiňuje rentgenové záření z olova a kadmia. 12

Obr. 2: Schéma detektoru 2.3 Zpracování výsledků měření 2.3.1 Prameny s předpokládaným obsahem radonu Vždy musí nejdříve proběhnout energetická kalibrace detektoru, měření vzorku o známé aktivitě pro účinnostní kalibraci, vzorku pro stanovení pozadí a poté vzorků vod samotných. [10] [11] Energetická kalibrace detektoru Energetickou kalibrací rozumíme určení závislosti čísla kanálu (Ch) na energii detekovaného fotonu (E). Hledaná kvadratická závislost byla získána za použití peaků známého zdroje, v tomto případě etalonu 152 Eu typu EG1 o aktivitě 31,76 kbq s referenčním datem 23. 12. 2011. Kalibrace byla provedena v spektrometrickém softwaru Genie 2000 s tímto výsledkem: E= 0,291+0,1803 Ch 3,519 10 3 Ch 2 (3) 13

Účinnostní kalibrace Účinnostní kalibrace je založena na měření vzorku o známé aktivitě, v našem případě etalonu 226 Ra o aktivitě (983 ± 69) Bq. Ze spektra energií tohoto vzorku byly použity pro kalibraci energie 295 kev, 352 kev a 609 kev, což jsou energie odpovídající gama záření z přeměny izotopů Pb a Bi, které jsou produkty přeměny 222 Rn (Obr. 3). Protože poločasy přeměn rozpadových produktů 222 Rn ( 218 Po, Pb, Bi) jsou mnohem menší než poločas přeměny 222 Rn, dá se po uplynutí dostatečného času (alespoň 7 poločasů přeměny 218 Po, Pb, Bi) aktivita těchto rozpadových produktů považovat za rovnu aktivitě 222 Rn. Stejně tak po uplynutí zhruba 7 poločasů přeměny 222 Rn můžeme aktivitu 222 Rn považovat za shodnou s aktivitou 226 Ra. Obr. 3: Uranová rozpadová řada 14

Účinnost měření vypočteme dle rovnice [12]: η= N k N p t k t p (4) A k kde N k je počet impulsů za dobu měření vzorku pro kalibraci, Tab. 4: t k A k N p t p doba měření vzorků pro kalibraci v sekundách, aktivita 226 Ra ve vzorku pro kalibraci v becquerelech, počet impulsů za dobu měření vzorku pro stanovení pozadí, doba měření vzorku pro stanovení pozadí v sekundách. Počet impulsů ve vzorku pro kalibraci (etalon 226 Ra) 295,22 Pb 17 315 Pb 28 876 Bi 20 619 Tab. 5: Počet impulsů ve vzorku pro stanovení pozadí 295,22 Pb 54 Pb 465 Bi 506 Tab. 6: Účinnost pro jednotlivé energie Energie (v kev) Účinnost 295,22 5,23 10-3 8,71 10-3 6,22 10-3 15

Tab. 7: Počet impulsů ve vzorku Jitřního pramene 295,22 Pb 8373 Pb 13910 Bi 10593 Tab. 8: Počet impulsů ve vzorku Slovanského pramene 295,22 Pb 3783 Pb 6502 Bi 4651 Tab. 9: Počet impulsů ve vzorku Pražského pramene 295,22 Pb 14245 Pb 23276 Bi 17836 Tab. 10: Doba měření jednotlivých vzorků, doba od odběru po začátek měření Vzorek Doba měření (v s) Doba od odběru (v h) Etalon 226 Ra 3370 - Vzorek pro pozadí 230118 - Jitřní pramen 25734 15,78 Slovanský pramen 26833 65,83 Pražský pramen 59496 48,6 16

Výpočet objemové aktivity Objemová aktivita 222 Rn, A V, v Bq/l ve vzorku se vypočte podle rovnice [8]: A V = N v t v N p t p η V D C (5) kde N v je počet impulsů za dobu měření vzorku, t v N p t p V η C doba měření vzorku v sekundách, počet impulsů za dobu měření vzorku pro stanovení pozadí, doba měření vzorku pro stanovení pozadí v sekundách, objem měřící nádoby v litrech, účinnost podle vzorce uvedeného výše, korekční faktor na přeměnu 222 Rn za dobu měření: C= λ t 1 1 e λ t 1 (6) kde t 1 je doba měření v hodinách, D korekční faktor přeměny 222 Rn ve vzorku do začátku měření D=e λ t 2 (7) kde λ = 0,007554 h -1 je přeměnová konstanta 222 Rn (poločas přeměny 222 Rn je 3,8235 d), t 2 doba od odběru do začátku měření vzorku v hodinách. Tab. 11: Jitřní pramen, objemové aktivity 222 Rn, A V, pro jednotlivé energie Energie (v kev) Nuklid A V (v Bq/l) 295,22 Pb 116,1 ± 8,2 Pb 115,3 ± 8,1 Bi 123,8 ± 7,5 17

Tab. 12: Slovanský pramen, objemové aktivity 222 Rn, A V, pro jednotlivé energie Energie (v kev) Nuklid A V (v Bq/l) 295,22 Pb 73,4 ± 5,2 Pb 75,2 ± 5,3 Bi 75,0 ± 4,6 Tab. 13: Pražský pramen, objemové aktivity 222 Rn, A V, pro jednotlivé energie Energie (v kev) Nuklid A V (v Bq/l) 295,22 Pb 113,3 ± 8,0 Pb 110,6 ± 7,8 Bi 118,5 ± 13,2 Tab. 14: Výsledné hodnoty objemové aktivity 222 Rn, A V Vzorek A V (v Bq/l) Jitřní pramen 118,2 ± 4,6 Slovanský pramen 74,6 ± 2,9 Pražský pramen 113,5 ± 5,2 Výsledné hodnoty objemové aktivity uvedené v Tab. 14 jsou váženým průměrem objemových aktivit z Tab. 11-13. Váha každé objemové aktivity závisí na nejistotě jejího určení. Nejistoty byly určeny podle vztahů popsaných v příloze. Kromě rozpadových produktů radonu se v těchto třech vzorcích již nevyskytovaly žádné další radioaktivní izotopy. Po dvou měsících od odběru vzorků Jitřního, Slovanského a Pražského pramene bylo provedeno opětovné měření, které prokázalo přítomnost gama zářičů pouze na úrovni pozadí, což je důkazem toho, že se během této doby všechen dříve naměřený radon rozpadl. 18

2.3.2 Ostatní prameny Stejně jako při předchozích měřeních, byla nejdříve provedena energetická kalibrace detektoru, měření vzorku o známé aktivitě pro účinnostní kalibraci, vzorku pro stanovení pozadí a poté vzorků vod samotných. Energetická kalibrace detektoru Kalibrace byla provedena pomocí etalonu 152 Eu s tímto výsledkem: E= 0,242+0,1802 Ch 3,037 10 8 Ch 2 (8) Účinnostní kalibrace Účinnostní kalibrace je založena na měření vzorku o známé aktivitě, v tomto případě etalonu 226 Ra o aktivitě (1,59 ± 0,11) kbq/l. Ze spektra energií tohoto vzorku byly použity pro kalibraci energie 186 kev, 295 kev, 352 kev, 609 kev a 1763 kev, tedy energie peaků, které byly naměřeny ve vzorcích minerálních vod a zároveň energie napříč potřebným spektrem. Tab. 15: Počet impulsů ve vzorku pro účinnostní kalibraci 186,21 226 Ra 29 295,22 Pb 114 Pb 19510 Bi 14338 1764,49 Bi 2301 Účinnost měření při těchto energiích byla vypočtena dle vztahu (1) a po zadání výsledných údajů do spektrometrického softwaru Genie 2000 byla získána funkce závislosti účinnosti měření na energii fotonů: ln(η)= 38,17+18,19 ln( E) 3,05 ln 2 (E )+0,1618 ln 3 (E) (9) Tím jsme tedy získali přibližnou účinnost i pro energie, které se v měření tohoto etalonu nevyskytly. 19

Tab. 16: Počet impulsů ve vzorku pro stanovení pozadí (pouze energie vyskytující se v měřených vzorcích), první vzorek 186,21 226 Ra + 235 U 16 238,63 212 Pb 725 295,22 Pb 182 Pb 445 Bi 439 911,20 228 Ac 459 1460,82 K 2120 1764,49 Bi 310 2614,51 208 Tl 825 Tab. 17: Počet impulsů ve vzorku pro stanovení pozadí (pouze energie vyskytující se v měřených vzorcích), druhý vzorek (užito pro pramen Flóra) 186,21 226 Ra + 235 U 1583 238,63 212 Pb 875 295,22 Pb - Pb 445 Bi 346 911,20 228 Ac 319 1460,82 K 2363 1764,49 Bi 310 2614,51 208 Tl 269 Tab. 18: Pramen Adéla 238,63 212 Pb 111 1460,82 K 201 20

Tab. 19: Pramen Flóra 186,21 226 Ra + 235 U 2015 Pb 739 Bi 529 911,20 228 Ac 355 1460,82 K 2742 1764,49 Bi 289 2614,51 208 Tl 887 Tab. č. 20: Pramen Anna 186,21 226 Ra + 235 U 349 Tab. 21: Bezručův pramen 186,21 226 Ra + 235 U 436 238,63 212 Pb 366 295,22 Pb 258 Pb 648 Bi 292 911,20 228 Ac 153 1460,82 K 717 Tab. 22: Vilémův pramen 295,22 Pb 192 Pb 289 Bi 230 1460,82 K 325 2614,51 208 Tl 113 21

Tab. 23: Smrkový pramen Pb 199 Bi 168 1460,82 K 355 2614,51 208 Tl 121 Tab. 24: Polský pramen 1460,82 K 656 2614,51 208 Tl 231 Tab. 25: Josefův pramen 1460,82 K 314 Tab. 26: Čas měření jednotlivých vzorků Vzorek Čas měření (v s) Etalon 2301 Vzorek pro pozadí 1 272 875 Vzorek pro pozadí 2 255 115 Pramen Adéla 25 129 Pramen Flóra 266 447 Pramen Anna 47 933 Bezručův pramen 64 000 Vilémův pramen 25 868 Smrkový pramen 34 169 Polský pramen 53 705 Josefův pramen 27 528 22

Objemová aktivita jednotlivých izotopů se vypočte podle rovnice [9] [12]: A V = A η P γ V (10) kde A je relativní aktivita izotopu, kterou získáme podle vzorce: A= S v t v S p t p (11) kde S v je plocha peaku izotopu pro měření vzorku, S p t v t p plocha peaku izotopu pro měření pozadí, čas měření vzorku, čas měření pozadí, η je účinnost, P γ pravděpodobnost emise gama záření, V objem vody, která byla měřena. Následují výsledné hodnoty objemové aktivity po odečtení pozadí, přičemž jsou uvedeny pouze ty objemové aktivity, jež překročily 1 Bq na litr objemu, a zároveň jsou nejméně 1,5x větší než rozšířená nejistota jejich určení. Tab. 27: Pramen Flóra Energie (v kev) Nuklid Objemová aktivita (v Bq/l) 1460,82 K 2,7 ± 1,1 Tab. 28: Bezručův pramen Energie (v kev) Nuklid Objemová aktivita (v Bq/l) 295,22 Pb 1,08 ± 0,59 Pb 1,65 ± 0,45 1460,82 K 7,5 ± 3,0 23

Tab. 29: Vilémův pramen Energie (v kev) Nuklid Objemová aktivita (v Bq/l) 295,22 Pb 2,17 ± 0,92 Pb 1,85 ± 0,74 Bi 1,86 ± 0,72 1460,82 K 10,4 ± 4,4 Tab. 30: Smrkový pramen Energie (v kev) Nuklid Objemová aktivita (v Bq/l) 1460,82 K 5,7 ± 3,3 Tab. 31: Polský pramen Energie (v kev) Nuklid Objemová aktivita (v Bq/l) 1460,82 K 9,7 ± 3,4 Tab. č. 32: Josefův pramen Energie (v kev) Nuklid Objemová aktivita (v Bq/l) 1460,82 K 7,9 ± 4,2 24

3 Diskuze Prameny s obsahem radonu Nejvyšší objemová aktivita radonu 222 Rn byla zjištěna v Jitřním prameni, a to (118,2 ± 4,6) Bq/l, a v Pražském prameni, a to (113,5 ± 5,2) Bq/l. Pokud porovnáme tyto nejvyšší naměřené výsledky s platnými normami obsaženými ve Vyhlášce 307/2002 Sb., která stanovuje směrné hodnoty pro objemovou aktivitu 222 Rn tak, jak je uvedeno v Tab. 33, zjišťujeme, že by tyto vody neměly být baleny jako kojenecká voda ani užívány pro veřejné zásobování, případně baleny jako stolní či pitná voda, ani baleny jako přírodní minerální voda, jelikož objemová aktivita 222 Rn přesahuje všechny tři tyto směrné hodnoty určené Vyhláškou. Při překročení těchto hodnot se balená voda může uvádět do oběhu a pitná voda dodávat k veřejnému zásobování jen ve zdůvodněných případech (viz kapitola 3, Biologické účinky záření). Tab. 33 Směrné hodnoty objemové aktivity 222 Rn v dodávané vodě Druh (účel) vody Směrná hodnota objemové aktivity (v Bq/l) Balená kojenecká voda 20 Pitná voda pro veřejné zásobování, balená stolní voda a balená pitná voda Balená přírodní minerální voda 100 50 Kromě směrných hodnot stanovuje Vyhláška 307/2002 Sb. i hodnoty mezní (uvedeny v Tab. 34). Překročení těchto hodnot zcela vylučuje užívání zdroje vody pro účel, kterému daná mezní hodnota objemové aktivity 222 Rn náleží. Můžeme tedy říci, že prameny Jitřní a Pražský by v žádném případě neměly být využívány jako zdroje pro balenou kojeneckou vodu, jelikož by to bezprostředně ohrožovalo zdraví uživatelů. Tab. 34 Mezní hodnoty objemové aktivity 222 Rn v dodávané vodě Druh (účel) vody Mezní hodnota objemové aktivity (v Bq/l) Balená kojenecká voda 100 Pitná voda pro veřejné zásobování, balená stolní voda a balená pitná voda 300 Balená přírodní minerální voda 600 25

Předpokládejme dále, že dospělý návštěvník Jitřního pramene vypije při své návštěvě 1 litr vody tohoto pramene. Pro dospělého člověka znamená tento příjem efektivní dávku asi 4 nsv, bereme-li v potaz pouze přeměny Pb a Bi. Pokud by měl tento návštěvník kdy dosáhnout limitu 1 msv za kalendářní rok stanoveného Vyhláškou 307/2002 Sb., musel by tento pramen v průběhu roku navštívit asi 253000krát a pokaždé vypít litr vody, to znamená 692 litrů denně. A zde je zřejmé, že spíše než ozáření mohlo by tomuto návštěvníku uškodit množství vypité vody. Pro dítě do 1 roku věku znamená 1 litr této vody efektivní dávku asi 208 nsv. Kojenci by tedy pro pokoření hodnoty 1mSv stačilo pouze 13 litrů vody z Jitřního pramene denně po dobu jednoho roku. Ostatní prameny V ostatních pramenech byl zjištěn především izotop K. Nejvyšší objemové aktivity K byly zaznamenány ve Vilémově, (10,4 ± 4,4) Bq/l, Polském, (9,7 ± 3,4) Bq/l, Josefově, (7,9 ± 4,2) Bq/l, a Bezručově, (7,5 ± 3,0) Bq/l, prameni. Jako příklad vyberme Polský pramen, ve kterém byl zjištěn pouze izotop K. Kdyby návštěvník tohoto pramene vypil 1 litr jeho vody, znamenalo by to pro něj příjem asi 9,7 Bq. Po vynásobení příjmu konverzním faktorem pro příjem K u dospělého člověka, získáme efektivní dávku 60 nsv. Měl-li by tedy dospělý návštěvník dosáhnout obecného ročního limitu 1 msv, musel by vypít asi 46 litrů vody z tohoto pramene denně. Pro srovnání pro dítě do jednoho roku věku by tentýž příjem znamenal efektivní dávku 600 nsv a muselo by denně vypít 4,6 litrů této vody, aby dosáhlo limitu 1mSv. Dále se v Bezručově a Vilémově prameni vyskytly rozpadové produkty 222 Rn. Konkrétně se jedná o Pb a Bi s objemovou aktivitou nepřesahující v tomto měření 2 Bq/l. Pro přesné určení této objemové aktivity vzorku by však bylo třeba provést u těchto dvou pramenů přesnější měření dle metodiky popsané v kapitole 5.3.1, Prameny s předpokládaným obsahem radonu. 26

Závěr Celkem bylo v Lázních Jeseník odebráno pro měření 11 pramenů. Zaznamenána byla radioaktivita izotopů K, 222 Rn a jeho rozpadových produktů Pb a Bi. Nejvyšší objemová aktivita 222 Rn byla naměřena v Jitřním prameni, (118,2 ± 4,6) Bq/l, a Pražském prameni, (113,5 ± 5,2) Bq/l. Tato aktivita neohrožuje bezprostředně lidské zdraví, avšak tyto prameny by neměly být používány jako každodenní zdroj pitné vody, protože hodnoty objemové aktivity překračují směrnou hodnotu podle Vyhlášky 307/2002 Sb. V ostatních odebraných pramenech byl zjištěn především obsah radioaktivního nuklidu K, nejvíce pak ve Vilémově prameni (10,4 ± 4,4) Bq/l. Zvýšený obsah draslíku K byl zaznamenán i v dalších třech pramenech (9,7 ± 3,4) Bq/l v Polském prameni, (7,9 ± 4,2) Bq/l v Josefově prameni a (7,5 ± 3,0) Bq/l v Bezručově prameni. V Bezručově a Vilémově prameni se také vyskytly rozpadové produkty 222 Rn a zjištění objemové aktivity 222 Rn pro tyto prameny by mohlo být provedeno v budoucnu. 27

Literatura 1. GILMORE, Gordon. Practical gamma-ray spectrometry. 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley, c2008, xviii, 387 p. ISBN 978-047-0861-967. 2. KOLEKTIV AUTORŮ. Ochrana při práci se zdroji ionizujícího záření. 2. vyd. Ostrava: DTO CZ, s.r.o., 2010. 3. Vyhláška č. 307/2002 Sb., o radiační ochraně, Státního úřadu pro jadernou bezpečnost. 4. MATĚJKA, Karel. Vybrané analytické metody pro životní prostředí: sborník učebních textů. 1. vyd. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1998, 185 s. ISBN 80-010-1760-5. 5. ČSN EN ISO 5667-1, Jakost vod Odběr vzorků Část 1: Návod pro návrh programu odběru vzorků a pro způsoby odběru vzorků. 6. ČSN EN ISO 5667-14, Jakost vod Odběr vzorků Část 14: Pokyny k zabezpečování jakosti odběru vzorků vod a manipulace s nimi. 7. ČSN EN ISO 5667-3, Kvalita vod Odběr vzorků Část 3: Konzervace vzorků vod a manipulace s nimi. 8. ČSN 75 7624, Jakost vod Stanovení radonu 222. 9. Genie TM 2000 Spectroscopy Software, Canberra Industries, Inc., 2006. 10. ČSN ISO 10703, Jakost vod Stanovení objemové aktivity radionuklidů Metoda spektrometrie záření gama s vysokým rozlišením. 11. ČSN IEC 1452, Přístroje jaderné techniky Měření emisí gama záření radionuklidů Kalibrace a užití germaniových spektrometrů. 12. ČSN 75 7600, Jakost vod Stanovení radionuklidů Všeobecná ustanovení. 28

Příloha č. 1 Nejistoty Standardní nejistota účinnosti, u η, byla vypočítána podle vztahu: u η= ( η 2 2 2 u N k Nk) + ( η u N p Np) + ( η u A A k k) Rozšířená nejistota U Av, objemové aktivity 222 Rn byla vypočítána podle vztahu: U AV =2 ( A 2 V u N v Nv) +( A V 2 u N p Np) +( A V 2 η η) u Rozšířená nejistota U Ā v váženého průměru Ā v objemové aktivity 222 Rn byla vypočítána podle vztahu: U Ā V = 1 U 2 A1 +U 2 2 (3) A2 +U A 3 (1) (2) kde A 1 je objemová aktivita podle energie 295 kev, A 2 A 3 objemová aktivita podle energie 352 kev, objemová aktivita podle energie 609 kev a Ā V byl vypočítán ze vztahu: Ā V = A 1U 2 A1 +A 2 U 2 2 A2 +A 3 U A3 2 (4) 2 +U 2 A2 +U A3 U A1 Rozšířená nejistota objemové aktivity ostatních izotopů, U Av, byla vypočítána podle vztahu: U A v =2 ( A 2 v u S v Sv) +( A 2 v u S p Sp) +( A 2 v η η) u (5) 29

Příloha č. 2 Mapa odebraných pramenů Odebrané prameny žlutě podtrženy. Pramen Anna chybí. (http://prameny.jeseniky.org/obr/mapa.jpg) 30