Analiza radioaktywności

Źródła promieniowania wykorzystujące substancje radioaktywne lub generatory promieniowania są wykorzystywane na całym świecie w najróżniejszych celach, m.in. w przemyśle, medycynie, badaniach naukowych i edukacji. Używa się go nawet do różnych celów militarnych. Wiele z nich to źródła zamknięte, w których materiał radioaktywny jest szczelnie zamknięty lub związany w odpowiedniej kapsule lub obudowie. Ryzyko związane z tymi źródłami i materiałami jest zróżnicowane i zależy od takich czynników jak radionuklidy, postać fizyczna i chemiczna oraz aktywność. Jeżeli nie dojdzie do naruszenia zabezpieczeń lub wycieku, źródła zamknięte stwarzają zagrożenie jedynie w wyniku narażenia na promieniowanie zewnętrzne. Jednakże uszkodzone lub nieszczelne źródła zamknięte, a także nieszczelne materiały radioaktywne mogą prowadzić do skażenia środowiska i przedostania się substancji radioaktywnych do organizmu człowieka.

Należy ograniczyć ryzyko związane z wykorzystaniem materiałów radioaktywnych i zapewnić ochronę poprzez stosowanie odpowiednich norm bezpieczeństwa radiologicznego. Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej opublikowała „Plan działań na rzecz bezpieczeństwa źródeł promieniowania i bezpieczeństwa materiałów radioaktywnych”, w którym uznano potrzebę stopniowego podejścia do kontroli regulacyjnej źródeł promieniowania i wezwano do opracowania kategoryzacji.

Celem opracowanego systemu kategoryzacji jest zapewnienie prostego i logicznego systemu klasyfikacji źródeł radioaktywnych według ich potencjalnego wpływu na zdrowie ludzkie oraz klasyfikowania zastosowań, w których te źródła są wykorzystywane, w oddzielnych kategoriach.

Celem kategoryzacji źródeł promieniotwórczych jest stworzenie zharmonizowanej na szczeblu międzynarodowym podstawy do podejmowania decyzji w oparciu o ocenę ryzyka. Przewiduje się, że system kategoryzacji będzie wykorzystywany jako dane wejściowe w wielu działaniach związanych z bezpieczeństwem źródeł promieniotwórczych. Należą do nich:

• Opracowywanie lub doskonalenie międzynarodowych norm bezpieczeństwa
• Opracowywanie lub ulepszanie krajowej infrastruktury regulacyjnej w celu spełnienia warunków danego kraju
• Optymalizacja decyzji dotyczących priorytetów regulacyjnych w ramach ograniczeń zasobów
• Optymalizacja środków bezpieczeństwa dla źródeł radioaktywnych, w tym potencjalnego niewłaściwego wykorzystania
• Planowanie i reagowanie w sytuacjach awaryjnych
• Opracowywanie strategii krajowych mających na celu poprawę kontroli nad źródłami promieniowania.

Źródła radioaktywne są wykorzystywane w wielu zastosowaniach, m.in. w przemyśle, medycynie, rolnictwie, badaniach naukowych i edukacji, a także w wojsku i obronności. W ramach tych różnych zastosowań występuje szereg radionuklidów, form i ilości materiałów radioaktywnych, które należy uwzględnić w systemie klasyfikacji. Źródła o dużej aktywności, jeśli nie są zarządzane w bezpieczny sposób, mogą w krótkim czasie wywołać poważne, deterministyczne skutki u poszczególnych osób, natomiast źródła o niskiej aktywności raczej nie powodują takich skutków. System kategoryzacji umożliwia zatem względne uporządkowanie i grupowanie zasobów oraz praktyk, na podstawie których można podejmować decyzje.

Ogólnie rzecz biorąc, system kategoryzacji odgrywa ważną rolę w podejmowaniu decyzji, zarówno w sensie retrospektywnym, aby zapewnić, że istniejące zasoby są pod kontrolą lub pozostają pod kontrolą, jak i w sensie prospektywnym, aby zapewnić, że przyszłe zasoby będą właściwie zorganizowane.

Od czasu odkrycia radioaktywności opracowano różne techniki:

• Analiza aktywacji neutronowej
• Analiza rozcieńczeń izotopowych
• Miareczkowanie radiometryczne
• Radiochromatografia
• Radioimmunologia

Spośród nich najpowszechniejsza jest technika analizy aktywacji neutronowej. Technika ta opiera się na pomiarze promieniowania emitowanego podczas rozpadu jąder radioaktywnych powstających w wyniku napromieniowania materiału neutronami. Najbardziej odpowiednim źródłem neutronów dla tego typu zastosowań jest zazwyczaj reaktor badawczy. Próbki, które można analizować tą metodą, pochodzą z wielu różnych dziedzin, takich jak medycyna, żywienie, biologia, chemia, medycyna sądowa, ochrona środowiska i górnictwo.

Analizę aktywacji neutronowej można przeprowadzić na kilka sposobów. Zależy to od mierzonego pierwiastka i odpowiadających mu poziomów promieniowania, a także od charakteru i zakresu zakłóceń ze strony innych pierwiastków obecnych w próbce. Większość stosowanych metod to metody nieniszczące, opierające się na wykrywaniu promieniowania gamma emitowanego przez napromieniowany materiał po lub w trakcie napromieniowania.

Analiza aktywacji neutronowej to niezwykle czuła technika służąca do określania obecności i ilości głównych, drugorzędnych i śladowych pierwiastków w próbce materiału. Technika ta różni się od innych metod tym, że bazuje na jądrze atomu i ignoruje skład chemiczny, w przeciwieństwie do spektrometrii masowej i metod chromatograficznych. Technika ta wymaga źródła neutronów, detektorów promieni gamma i dogłębnej wiedzy na temat tego, jak pierwiastki reagują na bombardowanie neutronami.

Oto kilka obszarów, w których analiza radioaktywności jest powszechnie stosowana:

• Tę metodę preferuje się przede wszystkim w badaniach badawczo-rozwojowych. Można wykryć około 65 pierwiastków na poziomie od części na milion do części na bilion lub niższym. Jeżeli analizowana matryca nie staje się bardzo radioaktywna po aktywacji neutronami lub jeżeli niepożądana radioaktywność szybko się rozpada, często można jednocześnie mierzyć grupy pierwiastków śladowych.
• W analizie kryminalistycznej metoda ta ma duże doświadczenie w analizie materiałów dowodowych. Przykładami mogą być odłamki pocisków, pozostałości prochu strzelniczego, plastik, włosy i paznokcie oraz materiały geologiczne. Jedną z głównych zalet tej techniki w kryminalistyce jest możliwość porównywania materiałów bez ich niszczenia.
• Wysokiej czystości krzemionka, krzem, aluminium, inne materiały i związki, które nie tworzą długotrwałych radionuklidów, celulozowe filtry powietrza i materiały takie jak grafit, stanowią doskonałe matryce do analizy aktywacji neutronowej o wysokiej czułości. Takie materiały można napromieniowywać przez wiele godzin, aby określić zawartość wielu pierwiastków na poziomie mniejszym niż ppb. Analizie poddano m.in. płytki krzemowe i dwutlenek krzemu stosowane w światłowodach.
• W dziedzinie rozdzielania radiochemicznego możliwe jest mierzenie niezwykle małych ilości niektórych pierwiastków (np. irydu) przy użyciu urządzeń do rozkładu mikrofalowego i prostych technik rozdzielania chemicznego.
• W laboratorium analizy aktywacji neutronowej możliwe jest oznaczanie z dużą czułością baru, bromu, europu, antymonu, terbu i uranu, a także ceru, kobaltu, chromu, cezu, żelaza, lantanu, sodu, rubidu, skandu i toru w próbkach gleby, osadów, skał, metali i minerałów.
• Źródła radioaktywności zawsze stanowią poważne zagrożenie dla środowiska, gleby, powietrza, wody i produktów rolnych. Choć niezbędne do odżywiania pierwiastki pobierane są z gleby, substancje radioaktywne przedostają się także do roślin, a zatem do łańcucha pokarmowego. Znajomość zawartości naturalnych substancji radioaktywnych w żywności jest konieczna do oszacowania ilości promieniowania, na jakie narażeni są ludzie w wyniku spożywania żywności.
• Analizy radioaktywności wykonuje się najczęściej w przypadku żywności stałej, takiej jak płatki zbożowe, warzywa, produkty mleczne i różne dobra konsumpcyjne, a także w przypadku żywności płynnej, takiej jak woda pitna, mleko i sosy.
• W analizach środowiskowych analizy radioaktywności przeprowadza się zawsze na próbkach powietrza i podobnych gazów lub na próbkach wody słonej, słodkiej i podobnych cieczy, a także na próbkach gleby, osadów, piasku, fauny, flory, popiołu i podobnych ciał stałych.
• Podobnie, analizy tego typu są konieczne w przypadku odpadów medycznych, przemysłowych, papieru, plastiku i wszystkich rodzajów polimerów powstających w wyniku procesu.

Metoda analizy aktywacji neutronowej jest szeroko stosowana w kontroli i monitorowaniu środowiska, analizie próbek środowiskowych, chemii i materiałoznawstwie, archeologii, medycynie, biologii, analizie żywności, kryminalistyce, historii, antropologii, geologii i geochemii, przemyśle, materiałach odniesienia, analizie kontroli jakości i wielu innych dziedzinach.

Mówiąc w skrócie, analiza radioaktywności opiera się na zasadzie zliczania charakterystycznych promieni gamma emitowanych przez izotopy radioaktywne, uzyskane w wyniku napromieniowania jąder stabilnych atomów w próbce neutronami, za pomocą detektorów o wysokiej rozdzielczości. W wyniku analizy widm gamma uzyskanych na podstawie zliczonych promieni gamma przeprowadza się analizę pierwiastków w próbce. Jest to metoda analizy pozwalająca na jednoczesne oznaczenie wielu pierwiastków (30-40 pierwiastków) w ilości poniżej ppm. W odpowiednich warunkach niepewność określenia pierwiastków wynosi 0,01 procent.

Nasza organizacja dysponuje silną kadrą, która śledzi rozwój nauki i techniki na świecie i nieustannie się doskonali. Usługi analizy radioaktywności stanowią część licznych badań testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych świadczonych przedsiębiorstwom z różnych sektorów.