ŻRÓDŁA PROMIENIOWANIA CZ. 1
- Szczegóły
-
Opublikowano: czwartek, 17, maj 2018 13:44
Temat radioaktywności budzi szereg negatywnych skojarzeń wśród osób, które nie zdają sobie sprawy, że jest ona nieodłącznym składnikiem naszego środowiska. Skały stosowane jako kamienie budowlane zawierają niekiedy powszechnie występujące w naturze izotopy promieniotwórcze.
Węgiel, podstawowy dla życia pierwiastek budujący nasz organizm, zawiera radioaktywny izotop 14C. Niezbędny dla sprawnego funkcjonowania organizmu potas zawiera stałą domieszkę radioaktywnego izotopu 40K. Zdaniem części badaczy, zwolenników teorii tzw. hormezy radiacyjnej, nieznacznie podniesiona radioaktywność jest korzystna dla naszego zdrowia. Prawdopodobnie wynika to z faktu, że działa ona jak czynnik stymulujący nasze mechanizmy obronne, odpowiedzialne za usuwanie wolnych rodników. O prawdziwości tej tezy świadczą liczne przykłady przytoczone przez śp. prof. Z. Jaworowskiego, byłego przewodniczącego Rady Naukowej Centralnego Laboratorium Ochrony Radiologicznej, w artykule „Dobroczynne promieniowanie” (
http://archiwum.wiz.pl/1997/97031700.asp). Wielowiekowe doświadczenia pozytywnych rezultatów kuracji w uzdrowiskach radonowych mogą być uznane za potwierdzenie tej tezy. Opinia renesansowego lekarza i filozofa Paracelsusa, iż tylko wielkość dawki sprawia, że coś jest trucizną, znajduje swoje potwierdzenie w życiu codziennym. Przykładowo, nadmierne opalanie może zwiększać ryzyko zmian nowotworowych skóry, ale brak słońca powoduje niedobór witaminy D i szereg negatywnych skutków zdrowotnych.
Fot. 1 Karnalit. Kopalnia Kłodawa. Sól potasowa zawierająca w swoim składzie izotop potasu 40K
fot. 2 Halit. Kopalnia Kłodawa. Sól kamienna zabarwiona na niebiesko na skutek promieniowania gamma z izotopu potasu 40K, obecnego we współwystępujących solach potasowych.
fot. 3 Kwarc – ametyst. Kletno, Masyw Śnieżnika. Odmiana antozonit, zaciemiona na skutek lokalnego promieniowania w górotworze w strefie mineralizacji urnowej.
fot. 4 Kwarc dymny. Grabina, Masyw Strzegomski. Zaciemnienie spowodowane lokalnym promieniowanie w górotworze.
fot. 5 Granit grubokrystaliczny. Kudowa-Zdrój, Masyw Kudowy.
fot. 6 Kwarc morion. Strzegom, Masyw Strzegomski. Przebarwienie spowodowane lokalnym promieniowaniem w górotworze.
fot. 7 Czarny łupek miedzionośny. Kopalnia Rudna, KGHM, Monoklina Przedsudecka.
fot. 8 Gabro grubokrystaliczne, zwane potoczne w świecie kamieniarskim „czarnym granitem”. Ślęża. Widoczne struktury segregacji grawitacyjnej kryształów w płynnej magmie.
Okazy pochodzą ze zbiorów Muzeum Mineralogicznego i Muzeum Geologicznego Uniwersytetu Wrocławskiego.
Zdjęcia: Antoni Stryjewski z Muzeum Mineralogicznego UWr
Spośród najbardziej popularnych w przemyśle kamieniarskim skał magmowych najwięcej izotopów promieniotwórczych zawierają granity, zwłaszcza czerwone. Należy zaznaczyć, że nazwa granit pochodzi od łacińskiego granum – ziarno i oznacza skałę magmową o wyraźnie ziarnistej strukturze. W przypadku skał magmowych te „ziarna” to kryształy minerałów, które w warunkach powolnego stygnięcia, panujących głęboko pod powierzchnią ziemi, miały czas wykrystalizować. Skały głębinowe określane są mianem plutonicznych od mitycznego władcy podziemi Plutona. Jeżeli kryształy minerałów mają powyżej 2 mm, mówimy o strukturze średniokrystalicznej, gdy przekraczają 5 mm – o grubokrystalicznej. Dlatego też w praktyce przemysłowej terminem granit określa się wszelkie skały o takich strukturach, niezależnie od składu mineralnego. Jeżeli część kryształów jest wyraźnie większa od pozostałych, mówimy o strukturze porfirowej. W przypadku granitów kryształy minerałów ułożone są w sposób bezładny. Widoczne niekiedy uporządkowanie może wynikać albo z płynięcia magmy w trakcie stygnięcia, albo z metamorficznej rekrystalizacji pod ciśnieniem. Produktem metamorficznej rekrystalizacji granitu może być gnejs, którego skład mineralny i chemiczny może być bardzo podobny.
Fot. 9 Granodioryt biotytowy, zwany potocznie granitem strzegomskim. Strzeblów, Masyw Strzegomski.
Zdjęcie: Antoni Stryjewski
]
fot. 10 Ryolit. Wielisław Złotoryjski, Niecka Północnosudecka.
Zdjęcie: Antoni Stryjewski
W naukach geologicznych termin „granit” zarezerwowany jest dla skał zawierających od 80 do 100 procent objętościowych kwarcu, skaleni alkalicznych i plagioklazu oraz do 20 procent objętościowych minerałów akcesorycznych. Zawartość kwarcu może zmieniać się od 20 do 60 procent objętościowych, a skalenie alkaliczne powinny tworzyć od 65 do 90 procent objętościowych skaleni. Dlatego też używanie terminu „czarny granit” na określenie średnio- i grubokrystalicznych skał magmowych nie jest poprawne, gdyż są to zazwyczaj gabra, w których udział kwarcu nie przekracza 5 procent objętościowych. Granity należą do tzw. kwaśnych skał magmowych, w których udział wagowy bezwodnika kwasu krzemowego (SiO2) przekracza 65 procent, a jego nadmiar krystalizuje w postaci kwarcu.
Granity z racji dominacji kwarcu są zazwyczaj jasnopopielate, szare, niekiedy – w przypadku dużej zawartości skalenia potasowego (ortoklazu) z mikrowrostkami hematytu – czerwone. Podwyższone koncentracje izotopów promieniotwórczych występują zazwyczaj w tak rozumianych granitach, a skały pozbawione kwarcu są zazwyczaj od nich wolne. Jeżeli ziarna minerałów są drobne lub niewidoczne gołym okiem, oznacza to, że proces krystalizacji przebiegał szybko w warunkach wulkanicznych. Jeżeli skład chemiczny i mineralny takiej skały jest podobny do granitu, wtedy określamy ją mianem ryolitu lub niekiedy porfiru. Skały kwaśne, zarówno plutoniczne (granity), jak i wulkaniczne (ryolity, porfiry), mogą zawierać podwyższone zawartości izotopów promieniotwórczych.W przypadku skał osadowych najbardziej promieniotwórcze są sole potasowe (z powodu obecności promieniotwórczego izotopu potasu 40K), fosforyty i czarne łupki (z powodu obecności uranu i produktów jego rozpadu).
Promieniotwórczość skał metamorficznych zależy od tego, z jakich skał powstały. Jeżeli materiałem wyjściowym (protolitem), podlegającym metamorfizmowi w warunkach podwyższonego ciśnienia i temperatury, były kwaśne skały magmowe lub czarne łupki, to powstała z nich skała metamorficzna może również charakteryzować się podwyższoną promieniotwórczością. Metamorfizm może niekiedy prowadzić do przemieszczania różnych pierwiastków, w tym także promieniotwórczych, które mogą tworzyć lokalne nagromadzenia.
Najbardziej intensywnym źródłem promieniowania gamma w większości skał jest radioaktywny izotop potasu 40K, który stanowi stałą (0,012%) domieszkę potasu naturalnego. Jednostką używaną do określania aktywności promieniotwórczej jest bekerel (Bq), oznaczający jeden rozpad na sekundę. Zawartość potasu w granicie może przekraczać 5 procent wagowych, co odpowiada 1565 rozpadom promieniotwórczym zachodzącym w ciągu jednej sekundy w kilogramie takiej skały (1565 Bq kg-1).
Kolejnym znaczącym źródłem promieniowania gamma w kamieniach budowlanych jest uran i produkty jego rozpadu. W granitach zawartość uranu może przekraczać 5 g/t, co odpowiada aktywności 62 Bq kg-1 .
Ryc. 1. Szereg rozpadu 238U
Ryc. 2. Szereg rozpadu 232Th
W szeregu rozpadu najbardziej pospolitego izotopu uranu U238, stanowiącego ponad 99% całości zasobów tego pierwiastka, występują miedzy innymi: rad 226Ra, radon 222Rn i bizmut 214Bi. Dla ochrony radiologicznej w szeregu rozpadu uranu najważniejsze są rad 226Ra i kolejne produkty jego rozpadu. Dlatego też zalecenia norm często odnoszą się do radu 226Ra, a nie do uranu 238U. Izotopy występujące w szeregu rozpadu przed radem 226Ra nie są na tyle mobilne, aby wydostać się z kamieni budowlanych, a emitują głównie promieniowanie alfa, którego zasięg w powietrzu nie przekracza 10 cm, a skutecznie zatrzymuje je nawet kartka papieru czy zewnętrzna powierzchnia skóry. Radon 222Rn, będący produktem rozpadu radu 226Ra, którego okres połowicznego rozpadu wynosi 3,8 dnia, jest gazem szlachetnym mogącym wchodzić do płuc i penetrować ciało ludzkie. Najbardziej intensywnym emiterem promieniowania gamma w szeregu rozpadu uranu jest bizmut 214Bi. Jego charakterystyczne promieniowanie pozwala na szybką ocenę ryzyka radiologicznego związanego z kamieniami budowlanymi, a nawet przybliżone określenie zawartości uranu, przy założeniu istnienia stanu równowagi promieniotwórczej.
Ryc. Uproszczona klasyfikacja skał magmowych
Kolejnym znaczącym źródłem promieniowania gamma w kamieniach budowlanych jest tor i produkty jego rozpadu. W granitach zawartość toru może przekraczać 12 g/t, co odpowiada aktywności 49 Bq kg-1. Większość izotopów szeregu promieniotwórczego toru 232Th to metaliczne emitery alfa, które są nieszkodliwe, dopóki nie wydostaną się z materiału budowlanego. Jedyny gazowy izotop radon 220Rn, z powodu krótkiego okresu połowicznego rozpadu, wynoszącego 55,6 s, raczej nie ma szans na wydostanie i dłuższe trwanie w atmosferze. Najbardziej intensywnym źródłem promieniowania gamma w szeregu rozpadu toru 232Th jest 208Tl, będący produktem rozpadu toru. Jego charakterystyczne promieniowanie pozwala na szybką ocenę ryzyka radiologicznego, a nawet przybliżone określenie zawartości toru, przy założeniu istnienia stanu równowagi promieniotwórczej. Zalecenia norm zwykle odnoszą się do aktywności toru 228Th.
Prof. Andrzej Solecki
20 marca 2018 roku przedstawiciele Związku Pracodawców Branży Kamieniarskiej: Krzysztof Skolak, Bogusław Skolak i Stanisław Sitarz wręczyli Józefowi Maślańcowi odznakę Zasłużony dla Kamieniarstwa. Odznakę przyznał zarząd ZPBK. Było to spotkanie „kolegów po fachu”, któremu towarzyszyła interesująca rozmowa.
