Analýza rádioaktivity

Zdroje žiarenia, využívajúce rádioaktívne látky alebo generátory žiarenia, sa používajú na celom svete na širokú škálu účelov vrátane priemyslu, medicíny, výskumu a vzdelávania. Používa sa dokonca aj na rôzne vojenské účely. Mnohé z nich sú uzavreté zdroje, v ktorých je rádioaktívny materiál pevne uzavretý alebo viazaný vo vhodnej kapsule alebo kryte. Riziká, ktoré predstavujú tieto zdroje a materiály, sa značne líšia v závislosti od faktorov, ako sú rádionuklidy, fyzikálna a chemická forma a aktivita. Pokiaľ nie sú porušené alebo nedochádza k úniku, uzavreté zdroje predstavujú riziko iba z vonkajšieho ožiarenia. Porušené alebo unikajúce uzavreté zdroje, ako aj neutesnené rádioaktívne materiály však môžu viesť ku kontaminácii životného prostredia a požitiu rádioaktívnych látok do ľudského tela.

Riziká spojené s používaním rádioaktívnych materiálov musia byť obmedzené a chránené uplatňovaním vhodných noriem radiačnej bezpečnosti. Uznávajúc potrebu postupného prístupu k regulačnej kontrole zdrojov žiarenia, „Akčný plán pre bezpečnosť zdrojov žiarenia a bezpečnosť rádioaktívneho materiálu“ publikovaný Medzinárodnou agentúrou pre atómovú energiu vyzval na vypracovanie kategorizácie.

Účelom výsledného systému kategorizácie je poskytnúť jednoduchý a logický systém na klasifikáciu rádioaktívnych zdrojov podľa ich potenciálu poškodiť ľudské zdravie a na klasifikáciu aplikácií, v ktorých sa tieto zdroje používajú, do samostatných kategórií.

Účelom kategorizácie rádioaktívnych zdrojov je poskytnúť medzinárodne harmonizovaný základ pre rozhodovanie na základe zohľadnenia rizika. Predpokladá sa, že systém kategorizácie sa bude používať ako vstup pre mnohé činnosti súvisiace s bezpečnosťou a ochranou rádioaktívnych zdrojov. Patria sem:

• Vývoj alebo zlepšenie medzinárodných bezpečnostných noriem
• Rozvoj alebo zlepšenie národných regulačných infraštruktúr s cieľom splniť podmienky danej krajiny
• Optimalizácia rozhodnutí o regulačných prioritách v rámci obmedzených zdrojov
• Optimalizácia bezpečnostných opatrení pre rádioaktívne zdroje vrátane možného zneužitia
• Plánovanie a reakcia na núdzové situácie
• Vypracovanie národných stratégií na zlepšenie kontroly nad rádioaktívnymi zdrojmi.

Rádioaktívne zdroje sa používajú v širokej škále aplikácií vrátane priemyslu, medicíny, poľnohospodárstva, výskumu a vzdelávania, a používajú sa aj vo vojenských a obranných aplikáciách. V rámci týchto rôznych aplikácií existuje množstvo rádionuklidov, foriem a množstiev rádioaktívneho materiálu, ktoré je potrebné zohľadniť v systéme kategorizácie. Vysokoaktívne zdroje, ak nie sú spravované bezpečne alebo spoľahlivo, môžu v krátkom čase spôsobiť vážne deterministické účinky u jednotlivcov, zatiaľ čo nízkoaktívne zdroje pravdepodobne takéto účinky nespôsobia. Systém kategorizácie preto poskytuje relatívne poradie a zoskupenie zdrojov a postupov, na ktorých možno zakladať rozhodnutia.

Vo všeobecnosti je systém kategorizácie dôležitý pre rozhodnutia, a to ako v retrospektívnom zmysle, aby sa zabezpečilo, že existujúce zdroje sú pod kontrolou alebo že sa udržiavajú pod kontrolou, tak aj v perspektívnom zmysle, aby sa zabezpečilo, že budúce zdroje sú správne organizované.

Od objavenia rádioaktivity bolo vyvinutých niekoľko techník:

• Analýza neutrónovej aktivácie
• Analýza izotopového riedenia
• Rádiometrická titrácia
• Rádiochromatografia
• Rádioimunotest

Spomedzi nich je najbežnejšia technika analýzy neutrónovou aktiváciou. Táto technika je založená na meraní žiarenia emitovaného rozpadom rádioaktívnych jadier vytvorených neutrónovým ožiarením materiálu. Najvhodnejším zdrojom neutrónov pre tento typ aplikácie je zvyčajne výskumný reaktor. Vzorky, ktoré je možné analyzovať touto metódou, pochádzajú z mnohých rôznych oblastí, ako je medicína, výživa, biológia, chémia, súdne lekárstvo, životné prostredie a baníctvo.

Analýza neutrónovej aktivácie sa môže vykonať niekoľkými spôsobmi. To závisí od meraného prvku a zodpovedajúcich úrovní žiarenia, ako aj od povahy a rozsahu interferencie z iných prvkov prítomných vo vzorke. Väčšina používaných metód sú nedeštruktívne metódy založené na detekcii gama žiarenia emitovaného ožiareným materiálom po ožiarení alebo počas neho.

Analýza neutrónovej aktivácie je vysoko citlivá technika používaná na určenie prítomnosti a množstva hlavných, vedľajších a stopových prvkov vo vzorke materiálu. Táto technika sa líši od iných metód tým, že sa spolieha na jadro atómu a ignoruje chemické zloženie, na rozdiel od hmotnostnej spektrometrie alebo chromatografických metód. Táto technika vyžaduje zdroj neutrónov, detektory gama žiarenia a dôkladné pochopenie toho, ako prvky reagujú na bombardovanie neutrónmi.

Medzi oblasti, kde sa bežne používa analýza rádioaktivity, patria:

• Táto metóda sa uprednostňuje predovšetkým vo výskumných a vývojových štúdiách. Približne 65 prvkov je možné detegovať na úrovniach od častíc na milión do častíc na bilión alebo nižších. Ak sa analyzovaná matrica po aktivácii neutrónmi nestane veľmi rádioaktívnou alebo ak sa nežiaduca rádioaktivita rýchlo rozpadne, skupiny stopových prvkov je často možné merať súčasne.
• V oblasti forenznej analýzy má táto metóda značné skúsenosti s forenznou analýzou dôkazových materiálov. Medzi príklady patria úlomky guliek, zvyšky pušného prachu, plasty, vlasy a nechty a geologické materiály. Nedeštruktívne porovnávanie materiálov je jednou z hlavných výhod tejto techniky pre forenznú analýzu.
• Vysoko čistý oxid kremičitý, kremík, hliník, iné materiály a zlúčeniny, ktoré netvoria dlho žijúce rádionuklidy, celulózové vzduchové filtre a materiály ako grafit sú vynikajúcimi matricami pre vysoko citlivú neutrónovú aktivačnú analýzu. Takéto materiály je možné ožarovať celé hodiny, aby sa stanovilo množstvo prvkov na úrovniach nižších ako ppb. Medzi analyzovanými vzorkami sú kremíkové doštičky a oxid kremičitý používaný v optických vláknach.
• V oblasti rádiochemických separácií je možné merať extrémne nízke množstvá niektorých prvkov (napr. irídia) pomocou zariadení na mikrovlnný rozklad a jednoduchých chemických separačných techník.
• V laboratóriu neutrónovej aktivačnej analýzy je možné s vysokou citlivosťou stanoviť prvky bárium, bróm, európium, antimón, terbium a urán, ako aj prvky cér, kobalt, chróm, cézium, železo, lantán, sodík, rubídium, skandium a tórium vo vzorkách pôdy, sedimentov, hornín, kovov a minerálov.
• Zdroje rádioaktivity vždy predstavujú vážne riziko pre životné prostredie, pôdu, vzduch, vodu a poľnohospodárske produkty. Zatiaľ čo potrebné prvky pre výživu sa odoberajú z pôdy, rádioaktívne látky sa tiež primiešavajú do rastlín, a tým aj do potravinového reťazca. Poznať obsah prírodných rádioaktívnych látok v potravinách je nevyhnutné na odhadnutie množstva žiarenia, ktorému sú ľudia vystavení v dôsledku konzumácie potravín.
• Analýzy rádioaktivity sa bežne vykonávajú v pevných potravinách, ako sú obilniny, zelenina, mliečne výrobky a rôzne spotrebné tovary, a v tekutých potravinách, ako je pitná voda, mlieko a tekuté omáčky.
• Pri environmentálnych analýzach sa analýzy rádioaktivity vždy vykonávajú na vzorkách vzduchu a podobných plynov alebo slanej vody, sladkej vody a podobných kvapalných vzoriek, ako aj na vzorkách pôdy, sedimentov, piesku, fauny, flóry, popola a podobných pevných látok.
• Tieto analýzy sú potrebné aj pre zdravotnícky odpad, priemyselný odpad, papier, plasty a všetky typy polymérov, ktoré vznikajú po procese.

Metóda analýzy neutrónovou aktiváciou sa široko používa v oblasti kontroly a monitorovania životného prostredia, analýzy vzoriek životného prostredia, chémie a materiálovej vedy, archeológie, medicíny, biológie, analýzy potravín, forenznej vedy, histórie, antropológie, geológie a geochémie, priemyslu, analýzy referenčných materiálov a kontroly kvality a mnohých ďalších oblastí.

Stručne povedané, analýza rádioaktivity je založená na princípe počítania charakteristických gama lúčov emitovaných rádioaktívnymi izotopmi získanými ožiarením jadier stabilných atómov vo vzorke neutrónmi pomocou detektorov s vysokým rozlíšením. Výsledkom analýzy gama spektier získaných spočítanými gama lúčmi je analýza prvkov vo vzorke. Je to analytická metóda, ktorá umožňuje stanovenie mnohých prvkov (30 – 40 prvkov) súčasne pod ppm. Za vhodných podmienok je neistota pri určovaní prvkov na úrovni 0,01 percenta.

Naša organizácia má silný personál, ktorý pozorne sleduje vývoj v oblasti vedy a techniky vo svete a neustále sa zlepšuje. Služby analýzy rádioaktivity patria medzi početné testovacie, meracie, analytické a hodnotiace štúdie poskytované podnikom v rôznych odvetviach.