Fizikai Szemle honlap

Tartalomjegyzék

Fizikai Szemle 2004/5. 155.o.

AZ ATOMKI SZEREPE A KÖRNYEZET VÉDELMÉBEN

Kiss Árpád Zoltán, Debreceni Egyetem és MTA ATOMKI, Debrecen
Szántó Zsuzsanna, MTA ATOMKI, Debrecen
Dezső Zoltán, Debreceni Egyetem

Az Atommagkutató Intézet kutatási stratégiájára megalapításától kezdve jellemző volt az a törekvés, hogy a felépített berendezések, a kidolgozott módszerek, az elért alapkutatási eredmények gyakorlati alkalmazásra, hasznosításra is találjanak a fizika más ágaiban és a többi tudományban. A részecskegyorsítók terén ez kényszerű szükségesség is volt, hiszen az egyre nagyobb gyorsítók felé törekvő kísérleti magfizika által kihasználatlanul hagyott kisebb energiájú berendezéseknek új feladatokat kellett találni. Az Intézet más laboratóriumai, mint például a tömegspektrometriai, a radon-, vagy a környezetanalitikai laboratórium, már kifejezetten az alkalmazott kutatásokra épültek ki, Szalay Sándor professzor uránkutatásban elért eredményeit követően. Az elmúlt években létrejött ATOMKI Környezetfizikai Tanszék kutatási témái is ezekhez az alkalmazott kutatásokhoz kapcsolódnak.

Az Intézetben folyó, más tudományterületeken hasznosuló kutatások igen széles körűek, a geológiától a biológián, az orvostudományon, a környezetkutatáson keresztül egészen a muzeológiáig, ezen belül a régészetig terjednek. Mindezek ismertetésére e cikk terjedelme nem lenne elegendő, így csupán a környezet megismerésével és védelmével kapcsolatos tevékenységünkről szólunk. Ezek a kutatások két nagy csoportba sorolhatók. Az egyik - nevezzük környezettudományi kutatásnak - a környezetben lejátszódó folyamatok tudományos igényű megismerését tűzi ki célul, eredményei a környezet megóvásában áttételesen hasznosulnak. Alábbi példáink közül idevehetjük a légkör aeroszolkomponensének elemzését, a felszíni és felszín alatti vizeinkkel kapcsolatos kutatásaink többségét és a barlangi radon tanulmányozását. A másik csoportban a környezetvédelem néhány, az atomenergiához fűződő gyakorlati kérdésére keressük a választ, mint amilyenek a paksi atomerőmű radioaktív kibocsátásának monitorozása és a radioaktív hulladékok kezelésével, tárolásával kapcsolatos kutatásaink.

1. ábra
1. ábra. Teljes aeroszoltömeg és elemi szén szezonális változása finom méretfrakcióra, hortobágyi és debreceni leveggően négy év átlagában.

Miről mesél a levegő pora?

Az emberi tevékenység hatására a levegő minőségében bekövetkezett nagymértékű romlás szükségessé tette a légkör és a benne lezajló folyamatok komplex vizsgálatát. Így a gáznemű összetevők mellett a kutatás tárgyává vált az aeroszol, ez a levegőben finoman elosztott szilárd és cseppfolyós részecskékből álló rendszer, amelyben az egyes részecskék mérete a molekulamérettől néhány mikronig terjed. Az aeroszol jelentősége a levegő többi alkotórészéhez viszonyított arányához képest lényegesen nagyobb, mivel sokféle módon hat a környezetre. Részt vesz az olyan alapvető meteorológiai, légkörfizikai, légkörkémiai folyamatokban, mint például a csapadékképződés. Azáltal, hogy a Földre érkező napsugárzást az aeroszol részecskéi egyrészt szórják, másrészt abszorbeálják, hatással van a légkör hőmérsékletére, kompenzálja az üvegházhatást. Terjedése és ülepedése kapcsolatban áll meteorológiai tényezőkkel. Légköri tartózkodása alatt a belélegzés révén, majd kiülepedése után a talajon, a vizekben lerakódva fejti ki hatását egészségünkre. Ugyanakkor nyomjelzőként szolgálhat légköri szennyezéseket kibocsátó források azonosításában, a légtömegek vonulásának, továbbá a kisebb területeken rövid időre kialakuló meteorológiai helyzetek nyomon követésében. E hatások együttesen fontos meteorológiai és környezettudományi kutatási területté tették a légköri aeroszol tulajdonságainak és lokális jellemzőinek vizsgálatát.

A légköri aeroszol elemi összetétele, lokális és regionális jellemzői, részecskéinek méret szerinti eloszlása, szemcseszerkezete, a jellemzők időbeli változása magfizikai gyorsítóberendezésekkel előállított nagyenergiájú ionokkal jól kutatható [1]. Ennek módszere az ionnyaláb által kiváltott karakterisztikus röntgensugárzás spektroszkópiáján alapuló sokelemes, nagyérzékenységű analitika, angol nevéből képzett betűszóval rövidítve: a PIXE-analízis. Alkalmazásával Intézetünkben közel húsz éve folynak szisztematikus vizsgálatok, amelyek célja a hazai aeroszol összetételének minősítése lokális és regionális szinten. Az aeroszolminták gyűjtését városi levegőre az Intézet udvarán heti rendszerességgel, vidéki levegőre kampányszerűen a Hortobágyon, illetve a Kiskunságon végezzük. Mintagyűjtés közben lehetőség van az aeroszolszemcsék méret szerinti szétválogatására, durva (10-2 &#181;m) és finom (<2 &#181;m) frakcióra. A finom frakció begyűjtését a kutatási feladatokon túlmenően az indokolja, hogy arra környezetvédelmi előírások vonatkoznak. Az elemanalízist az Intézet Van de Graaff-gyorsító laboratóriumában végezzük. A mikronnyi átmérőjű ionnyalábokkal végzett PIXE-analízisnél lehetőségünk van arra is, hogy a durva méretfrakcióban egyedi aeroszolszemcsék összetételét vizsgáljuk.

Az analízisek eredményei részét képezik egyre növekvő adatbázisunknak, amelynek feldolgozásával az aeroszol forrásainak (a forrás szerkezetének) és nagytávolságú transzportjának vizsgálata is lehetővé vált, és ezzel egy, a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség által szervezett Nemzetközi Koordinált Kutatási Program keretében hozzájárultunk egy globális skálán elvégzett adatgyűjtéshez.

Adatainkból több éves időszakra megfigyelhető tendenciák olvashatók ki. Így például az 1992 és 1999 közötti években mért elemi aeroszolkoncentrációk éves átlagait elemezve szembetűnőek az ipari és közlekedési források szerkezetében bekövetkezett környezeti szempontból pozitív változások - nehézipari volumen csökkenése, erőműi porleválasztási és kéntelenítési programok előrehaladása, ólommentes üzemanyagokra való áttérés hatása - amelyek főleg a kén és az ólom csökkenésében figyelhetők meg. Ezek a tendenciák a többi antropogén komponensnél is felismerhetők, bár sokkal kevésbé kifejezetten. Heti két alkalommal vett mintákon elvégzett méréseink adataiból a fentiekhez hasonló módon nyomon követhetők az aeroszol szezonális változásai, amint azt az 1. ábrán a teljes aeroszoltömegre és az elemi szénre mutatjuk be négy éves átlagolás alapján, hortobágyi és debreceni levegőre. Az elemi összetevőknél a szezonális változások egyrészt a talajfelszín eróziós szempontból jelentős évszakonkénti változásaival, másrészt az antropogén emissziónak a fűtési szezonnal való kapcsolatával függenek össze, ami többé-kevésbé kifejezett nyári, illetve téli maximumokban jelentkezik.

Nagytávolságú, az egész európai kontinensre, sőt azon túlra is kiterjedő transzport hatásait figyelhetjük meg, ha az elemi koncentrációkból bizonyos elemeket kiválasztva, azok arányainak változását kombináljuk a meteorológuspartnereink által szolgáltatott, a kiválasztott mintavételi időpontokhoz számított légtömeg-trajektóriákkal. Így például a Pb/Ni elemarányok különböző úgynevezett szélszektorokban megfigyelt irányfüggéseinek felhasználásával vizsgálatainkban kimutatható volt a mérések idején az ólomtartalmú üzemanyagok használatában Nyugat- és Kelet-Európa között megmutatkozó erőteljes különbség. A V/Se és V/As elemarányok vizsgálatával pedig kimutattuk, hogy a szénalapú energiatermelésben a "fekete háromszögnek" nevezett cseh-lengyel-német határterületet jellemző nagy koncentráció milyen hatást gyakorol az általunk vizsgált hazai régió aeroszoljainak összetételére.

Csodák és titkok világa: a barlang

Budapestet gyakran illetik a barlangok fővárosa jelzővel. A barlang, a természet e különösen titokzatos és szemet gyönyörködtető képződménye a karsztok sajátságai miatt kiváltképp igényli a fokozott védelmet. A világváros alatt elhelyezkedő budai barlangokra különösen nagy potenciális veszélyt jelentenek a környező felszíni vizek és városi levegő szennyezettsége, valamint a barlangok felett vezető utak sózása. Kevéssé ismert, hogy a barlangok a régmúlt idők felszíni időjárásviszonyainak titkait is őrzik, különleges klímájuk pedig csökkenti a légúti megbetegedésben szenvedők panaszait. Napjainkban a barlangterápia az egyik legkevésbé tisztázott hatásmechanizmussal rendelkező gyógymód. A már-már népbetegségnek tekinthető asztma kezelésében fontos szerepet tölt be, többek között, a budai Szemlő-hegyi barlang is. Abban minden, a témával foglalkozó szakember egyetért, hogy a gyógyhatás szempontjából a barlangi levegőnek kiemelt jelentősége van. A barlangi klímaparaméterek és ezen belül a barlangi aeroszolok tulajdonságai, viselkedésük minél alaposabb és részletesebb megismerése közelebb vezethet a barlangok gyógyító hatásának megismeréséhez is. Az ilyen ismeretek a környezetellenőrzés szempontjából is fontosak lehetnek, továbbá segítséget nyújthatnak a barlang fejlődésében közrejátszó folyamatok jobb megértéséhez. A karsztbarlangok levegőjében lebegő szilárd részecskék száma rendkívül alacsony, a barlangi környezet e tekintetben általában tisztább, mint a hegyi levegő. Ennek oka, hogy a levegőben lebegő szilárd részecskék kondenzációs magvakként működnek, és a rácsapódott víztől elnehezedve kihullanak, így a barlangi levegő öntisztító hatású. Ennek alapján feltételezhető, hogy a külső szennyeződések már a barlang bejáratához közeli járatokban kiülepednek, és nem jutnak el a barlang belsőbb tereibe.

2. ábra
2. ábra. A mészkővel a tartályba zárt levegő radonszintjének időbeli változása.

Meghatároztuk a barlangterápiás célokra használt budai Szemlő-hegyi barlangban a barlangi aeroszolok - s benne a külső, antropogén eredetű szennyezők - összetételét, méret- és térbeli eloszlását, szezonális változásait, forrásait, valamint a különböző részecsketípusok emberi légutak mentén való lerakódásának valószínűségét, ezáltal hozzájárultunk a karsztbarlangok tisztító mechanizmusának, a barlangterápia hatásmechanizmusának, valamint a budai termálkarsztbarlangok keletkezésében és formakincsük kialakulásában közrejátszó folyamatok megismeréséhez.

A 20. század elején a barlangterápia elterjedése, fellendülése igen szoros kapcsolatban volt a radioaktivitás felfedezésével. Már a kezdeti kutatások kimutatták a levegő állandó természetes radioaktivitását, s az is kiderült, hogy ennek mértéke barlangokban jelentősen meghaladja a szabad levegőben mérhető értéket. Megállapították, hogy ezért az úgynevezett rádiumemanáció, mai ismert nevén a radon a felelős. Abban az időben az ionizáló sugárzás biológiai hatása még nem volt ismert, a sugárzásnak tulajdonított kuratív erő pusztán a spekuláció eredménye volt. Hatása azonban a mai napig érezhető, például ma is működik olyan gyógybarlang, ahol az úgynevezett radonkúra is része egyes kezeléseknek. A tudományos közvélemény e kérdésben még ma sem egyhangúlag vélekedik. Ma inkább azok vannak többségben, akik a barlangi radont inkább kockázati tényezőnek tekintik. Ez többek között abban is kifejezésre jut, hogy terápiás és turisztikai célokat szolgáló barlangokra mint munkahelyekre vonatkozóan egy év óta hazánkban is felső korlát (1000 Bq/m3) van érvényben a megengedett radonkoncentrációra. A barlangokban a radon koncentrációját tehát érdemes mérni, illetve ismerni, s ezt a paramétert a barlangi klíma részének kell tekinteni.

Az Intézet Radon Csoportja több mint 25 éve folytat rendszeres barlangi radonméréseket. A mintegy félszáz barlangra gyűjtött adatokból tudjuk, hogy az évi átlagos koncentráció jellemzően 2 kBq/m3 körül alakul, vagyis meghaladja a munkahelyekre vonatkozó felső határt. Az is kiderült, hogy a barlangi radonszint az időjárással összefüggő, jellegzetesen évszakos változásokat mutat, ami nyilvánvalóan a barlang és a felszín között létrejövő légcsere (huzat) következménye. Ennek iránya szezonálisan eltérő attól függően, hogy a külső hőmérséklet a barlangban uralkodó állandó hőmérséklethez képest alacsonyabb (tél) vagy éppen magasabb (nyár) [2].

A barlangi radon pontos eredetére az irodalomban nincsen egyértelmű megjelölés, pedig az egyes helyeken mért konkrét radonkoncentrációk magyarázata, értelmezése e nélkül nehezen képzelhető el. Igen elterjedt nézet, hogy a radon szempontjából maga az alapkőzet a meghatározó, lévén a karszt egyik legfontosabb jellemzője a nagyfokú repedezettség, ami a barlangot körülvevő kőzetben nagy felület/térfogat arányt hoz létre. Ezen keresztül elvileg lehetséges például a felszín és barlang közötti légcsere is. Az tény, hogy a karsztos területeken a kőzet igen jó vízvezető, többek között ennek köszönhető a térszín alatt húzódó barlangok gazdag formakincse. Ha a barlangok légcseréjében és a radonkoncentráció kialakulásában e repedésrendszer meghatározó jelentőségű, akkor várható, hogy a csapadékviszonyok erősen befolyásolják a radonszintet. A tapasztalat ezt azonban nem igazolja. Sok, hazai barlangból gyűjtött kőzet természetes radioaktivitásának mérése alapján a Környezetfizikai Tanszéken megállapítottuk, hogy a mészkő rádiumtartalma elenyészően csekély a barlangi üledék zömét képező agyagéhoz képest. Erre a tényre alapozva kísérleti eljárást fejlesztettünk ki a barlangi kőzetek radonkibocsátó képességének mérésére. Az in situ méréseket a Baradla-barlangban végeztük el előbb agyagon, majd mészkövön. Az eredményekből egyrészt kiderült, hogy az agyag jelentős lokális radonforrás a barlangon belül. A kísérlet helyszínén, egy oldalági eldugott teremben a kísérlet alapján számított radonkoncentráció igen jól megegyezett az ott ténylegesen mért értékkel. Másrészt a mészkő gyakorlatilag nem bocsátott ki radont, amint az a 2. ábrán is látható, hiszen a tartályban a mészkövet körülvevő levegőben a radon koncentrációja az idő függvényében nagyjából a radon felezési idejének megfelelően csökkent. A radonnak tehát mérhető mennyiségű utánpótlása nem volt. Ezen kísérletek eredménye szerint a barlangi radon meghatározó forrása a barlangba a víz által behordott agyag [3].

3. ábra
3. ábra. A Baradla-barlang aggteleki oldalának légkörzése nyáron (balra) és télen (jobbra). Az ábrán feltüntetett radonkoncentráció-adatok (Bq/m3) az adott évszakban és helyen mérhető közel állandó értékek.

A fenti, a radon eredetére vonatkozó új eredmények szükségessé tették a barlang légkörzése és a radonszint kapcsolatának újragondolását. A Baradla-barlang számos helyén elvégzett, nagy érzékenységű, finom időfelbontású mérés jó lehetőséget adott az adatok új módon való értelmezésének próbájára. Így például sikerült bizonyítani, hogy a Jósva-forrás úgynevezett eredeti forrásszájánál kialakított mesterséges táró és a régen keresett, a Baradla-barlang alatt húzódó Hosszú-Alsóbarlang között közvetlen, esetleg az ember számára is járható légjárat létezik. Eredményünk nyomán egyébként az is valószínűsíthető, hogy a táró annak idején történt megépítése megváltozatta a Baradla-barlang jósvafői oldalának légkörzését. Légcsere nélkül a barlangokban uralkodó radonkoncentráció a legtöbb helyen a ma ismertnél jóval magasabb lenne. A barlangokba bejutó levegő hígító hatása jelentős, s ez a tény fontos szerephez juttatja a radont, hiszen a barlangi klíma érzékeny monitoraként használható. A barlang különböző helyein gyűjtött radon idősorok analízise révén - figyelembe véve a lokális radonforrások elhelyezkedését is - megfejthető az adott üreg légkörzése. Ilyen elemző munka révén sikerült felderíteni például a bonyolult bejárati rendszerrel rendelkező Baradla-barlang aggteleki oldalának légkörzését (3. ábra), pontosítani a Szemlő-hegyi barlang fő légkörzési modelljét, továbbá fontos bizonyítékot találni az ódorvári Hajnóczy- és Cseppkő-barlangok kapcsolatára.

Vízbázisvédelem: öreg víz - jó víz

Magyarország első környezetvédelmi törvénye 1976-ban született, de a környezetvédelem társadalmi üggyé válása csak a 80-as évek második felére tehető, s az új, nemzetközi viszonylatban is "naprakész" környezetvédelmi törvény több éves szakmai vita után 1995-ben került elfogadásra. A hazai vízellátás sajátossága, hogy kétharmad részben sérülékeny vízbázisokra - karsztvízre, talajvizekre, parti szűrésű vizekre - épül. A WHO ajánlása szerint lehetőleg felszín alatti vizeket kell igénybe venni a közüzemi ellátásban, mert egyrészt a hirtelen bekövetkező (haváriaszerű) szennyezésekre kevésbé érzékenyek, ugyanakkor vízkezelési technológiájuk is egyszerűbb, és így olcsóbb. A cél tehát a megfelelő minőségű és mennyiségű ipari és ivóvíz biztosításához szükséges alapok megteremtése, melynek során az EU-csatlakozás szempontjait is maradéktalanul teljesíteni kell. Az ivóvízbázisok védelmi célprogramjának elindításával 1995-ben Magyarországon megkezdődtek a részletes vizsgálatok és állapotfelmérések közel 700, különböző típusú (földtani viszonyok, kutak száma, kapacitás, vízminőség, prognosztizált védőterület nagysága, szennyező források száma, eddigi intézkedések) vízbázis esetében. Ilyen szintű vizsgálatokra a felszíni vízbázisok esetében is szükség van, gondoljunk csak az állandóvá vált belvízproblémákra vagy a Szamoson és a Tiszán levonuló ciánszennyeződésre.

4. ábra
4. ábra. A trícium koncentrációjának változása a kútmélység függvényében.

A víz a légkörben veszi fel elsőként azokat az anyagokat, amelyek a későbbiekben meghatározzák vagy befolyásolják fizikai, kémiai tulajdonságait. A légköri hatások közül elsőként a kozmikus sugárzás izotópmódosító folyamatait említhetjük, amelyek során a víz és a levegő alkotórészét képező, illetve a légkörben fellelhető egyéb elemek különböző izotópváltozatai alakulnak ki. A vizekben lévő úgynevezett környezeti izotópok (2H, 3H, 18O, 14C, 15N stb.) a légkörben jutnak be a csapadékba, amelyek közül a stabil izotópok többnyire változatlanul (esetleg a kőzet atomjaival részben kicserélődve) megmaradnak a beszivárgott vízben, az úgynevezett kozmogén radioaktív izotópok (3H, 14C) koncentrációja pedig a természetes bomlás miatt idővel csökken. Megjegyzendő, hogy korunkban a lehullott csapadék nem csupán természetes, hanem antropogén hatásokat is elszenved. A felszín alatti vizek összetételét, így minőségét is meghatározó, további hatások a beszivárgási folyamat során és a kőzetben (talajban) való mozgás és tartózkodás időtartama alatt alakulnak ki. Jó minőségű ivóvizet olyan víztartóból nyerhetünk, amely viszonylag mélyen, valamilyen jól záró réteg alatt helyezkedik el. A víztartó évezredek óta "zárt", nem szivárog bele a felszínről friss víz, vagyis ezek a vizek maguk is "idősek". A vízminőség romlásának tipikus esete, amikor ilyen idős, több tízezer éves vízhez keveredik friss komponens. A friss víz hozzákeveredése a szennyezők leszivárgásának veszélyét is jelenti. Ez elsősorban olyan vízbázisoknál áll fenn, ahol a fokozott vízkitermelés következtében lecsökken a víztartó rétegben a nyomás, a nyomáscsökkenés hatására a "vízzáró rétegeken" keresztül a felszínről szivárog le víz és keveredik az idős rétegvízzel. Egy vízbázis "sérülékeny", ha kimutatható a friss víz jelenléte (felszíni víz hozzákeveredése). Ennek vizsgálatára nagyon jól alkalmazhatóak a környezeti izotópok, köztük elsősorban a trícium, a radiokarbon, a 18O és a deutérium.

A levegő nitrogénjének 14-es izotópjából és a kozmikus sugárzás keltette neutron kölcsönhatásából keletkezett 5730 éves felezési idejű, -bomló 14C szénizotóp, amely a Föld egyes szféráiban adott arányban oszlik el, és közel állandó koncentrációban van jelen, egyaránt használható az atmoszféra, a hidroszféra és a bioszféra egyes folyamatainak vizsgálatára, beleértve az emberi tevékenység hatásainak felderítését is. A vízbázis sérülékenységének vizsgálatánál a radiokarbonmódszer alkalmas több ezer éves vízbázisok keveredésének jelzésére. Az ATOMKI Környezetanalitikai Laboratóriumában alkalmazott proporcionális gázszámlálási technika sajátossága, hogy szén-dioxidgáz formájába kell hoznunk a vízben oldott karbonátok szenét. A vizek radiokarbon korának számítása a radioaktív bomlástörvény alapján, a vízbeszivárgás egyéb körülményeit is figyelembevevő modellszámításokkal történik. Annak megállapítására, hogy a 14C módszerrel egy, például több ezer éves korúnak becsült vízbázis sérült-e vagy sem, azt is meg kell vizsgálni, hogy tríciumot tartalmaz-e. A trícium, amely nagyrészt ugyancsak a kozmikus sugárzás hatására keletkezik a levegő nitrogénjéből, főként víz formában fordul elő a természetben. Ezért a stabil oxigén- és hidrogénizotópok mellett alkalmas a vízben lejátszódó folyamatok vizsgálatára, továbbá annak megfigyelésére, hogy keveredik-e felszíni vagy talajvíz a mélyebb helyzetű rétegvízhez, s az a víztartót mennyi idő alatt érte el. A trícium -bomló izotóp és stabil 3He-atommá alakul. Felezési ideje 12,43 év. Egysége a TU (tritium unit, magyarul trícium egység). 1 TU a koncentrációja a tríciumnak, amennyiben a T/H arány 10-18. Ez víz esetében 0,118 Bq/1 aktivitáskoncentrációnak felel meg. A felszíni vizek tríciumtartalma 10-30 TU közötti érték. Ha egy víztartó réteg olyan vizet tartalmaz, amelyik több ezer évvel ezelőtt keletkezett, azután nem kapott utánpótlást, akkor a keletkezése idején benne lévő trícium gyakorlatilag teljesen elbomlott. Minél idősebb egy víz, a tríciumtartalma annál alacsonyabb, néhány mTU. Ha tehát egy több ezer éves vízben jól mérhető mennyiségben találunk tríciumot, az arra utal, hogy a víztartó nem zárt, friss víz utánpótlást kap. Ez azt jelenti, hogy amikor egy vízbázis sérülékenységét vizsgáljuk, akkor tulajdonképpen arra keresünk választ, hogy a sekélyebb víztartóból lejuthatott-e a néhány TU tríciumot tartalmazó víz a mélyebben fekvő, tehát idősebb vizet tartalmazó víztartóba.

Az Intézetben működő, trícium meghatározására használt, Magyarországon egyedülálló nemesgázmérő tömegspektrométer érzékenysége és a mérések reprodukálhatósága a Környezetanalitikai Laboratóriumot a nemzetközi szintű laboratóriumok sorába emeli. Az alkalmazott trícium-hélium vizsgálati módszer elve egyszerű: a vízminták tríciumtartalmának meghatározását a trícium bomlásából származó hélium tömegspektrométeres mérésére vezetjük vissza. A kótaji vízbázis példája (4. ábra) jól illusztrálja a kútmélység és tríciumkoncentráció kapcsolatát. Jól látszik az a tendencia, hogy minél mélyebbről termelik ki a vizet, annál kevesebb tríciumot tartalmaz. Az egyetlen kút, amelyikben valamivel több a trícium, mint ami a mélysége alapján természetesnek tekinthető, a négyzettel jelölt Kótaj-2/A kút. Ebben az esetben a trícium-hélium módszerrel mért trícium fiatalabb víz leszivárgását jelzi.

Addig, amíg a trícium-hélium módszer a 100 évnél fiatalabb, elsősorban az utolsó 50 évben beszivárgott vizek meghatározását teszi lehetővé, addig a stabilizotóparány-mérések a csapadékhullás, a beszivárgás idejének átlaghőmérsékletét jelzik. Segítségükkel a mintegy 10000 évvel ezelőtti, gyors és jelentős éghajlatváltozással jelentkező jégkorszakvég előtt és után beszivárgott vizek elkülönítésére nyílik lehetőség. Ez esetben az izotóparányok meghatározása stabilizotóparány-mérő tömegspektrométer segítségével történik.

Az említett izotópanalitikai technikák tették lehetővé, hogy vizsgáljuk a Sérülékeny földtani környezetben üzemelő ivóvízbázisok biztonságba helyezése elnevezésű kormányprogram keretében a polgári, ebesi, Kalocsa környéki, mezőkovácsházi, végegyházi, Esztergom-Prímás-szigeti és a debreceni vízműhöz tartozó vízbázisok sérülékenységét, a Budapest környéki parti szűrésű kutakban a Duna-víz - talajvíz arányát, a mecseki ércbánya zagytározóinak a felszín alatti vizekre, valamint a Pécsi Vízművek termelőkútjaira gyakorolt hatását, karsztvizeink eredetét, a szénhidrogén-bányászathoz kapcsolódóan termelt, különböző ipari adalékanyagokkal szennyezett rétegvizek termálvizekre gyakorolt hatását. A Balatonkutatáshoz kapcsolódóan, a tó állapotára vonatkozó fontos információkat szolgáltattunk.

Az ásvány- és termálvízforrások nem csak a rétegvizekkel való elszennyezhetőség szempontjából kerültek a kutatások fókuszába. Ezek a geológiai környezetükben felvett radontól és rádiumtól függően kisebb-nagyobb radioaktivitással rendelkeznek, amelynek mértéke nagyságrendekkel is változhat. Vizsgálatuk egyrészt azért fontos, mert a lakossági sugárterhelés egyik jelentős összetevőjét képezhetik a kiemelkedő aktivitású vizek felhasználóinak körében, hiszen a jó minőségű ivóvíz szűkülő készletei miatt a lakosság érdeklődése fokozottan a palackozott ásványvizek felé fordul. Másrészt a 222Rn és 226Ra radioaktivitásuk miatt még kis mennyiségben is könnyen mérhető radioizotópok, és így nyomjelzői lehetnek a mélységi vizek transzportfolyamatainak. Az ATOMKI Radon Csoportjában és a Tanszéken szisztematikus vizsgálatokat végeztünk a legjelentősebb magyarországi ásvány- és termálvízforrásokban a rádiumizotópok előfordulására [4]. Ehhez nemzetközi szinten is újnak számító, nagy érzékenységgel és igen jó reprodukálhatósággal bíró, egyszerűen validálható eljárást dolgoztunk ki. Részben az e kutatásban elért eredmények vezettek oda, hogy az utóbbi időben erőteljesen megnövekedett hazai ásványvízfogyasztás ellenére az utóbbi két évben csökkenthető lett a hazai lakosság rádiuminkorporációja.

Biztonságos atomenergia

Az EU Bizottság által 2002-ben kiadott Zöld Könyv [5] megállapításaiból kitűnik, hogy az atomenergetika fejlesztése nélkül nem lehet szó a környezetterhelés csökkentésről, és az energiaimport-függőség jelenlegi szintjének megőrzéséről. Az atomenergetika a legjelentősebb ipari méretű CO2-mentes villamosenergia-termelési mód, mely jelentősen hozzájárulhat Európa energiaellátásának biztonságához, tekintettel az uránkészletekre, amelyek a kőolaj- és földgázkészletektől eltérően nem a világ politikai krízisközpontjaiban vannak.

Az atomerőművek működésének megítélésében a nukleáris biztonság és az energiatermelés hatékonysága mellett a környezeti hatások is meghatározó szerepet játszanak. Alapvető elvárás, hogy az atomerőmű nukleáris környezeti hatásairól részletes információk álljanak rendelkezésre, továbbá, hogy e hatások mértéke ne lépje túl a hatósági szabályozásban engedélyezett szinteket. Az atomerőmű működéséhez szorosan kapcsolódik a sugárvédelmi tevékenység, melynek feladata, hogy a kibocsátások és a környezet sugárzási jellemzőinek széles körű ellenőrzésével, közvetlen mérési adatokkal folyamatosan bizonyítsa a származtatott kibocsátási korlátok, és ezen keresztül is az atomerőmű működésére vonatkozó elsődleges dóziskorlátok biztonságos betartását. Így az erőmű működéséhez szervesen kötődő fogalommá vált a nukleáris környezetvédelem. Ezen belül a kibocsátás-ellenőrzési és -felügyeleti programok fontos szerepet kaptak egy atomerőmű megítélésében. A paksi atomerőmű levegőbe és vízbe történő 14C-, 3H- és 85Kr-kibocsátását mérjük az Intézetben kifejlesztett és megépített automata levegő- és vízmintavevők segítségével (az 5. ábra a 3H és a 14C légköri kibocsátására vonatkozó összefoglaló adatokat mutatja be). Az ábra kapcsán megjegyezzük, hogy a globális szennyezőkre (3H, 14C) vonatkozóan jelenleg nincs hatósági korlátozás. A kibocsátások szintje alacsony, azonban az ellenőrzés teljesebbé tétele érdekében ezeket a komponenseket is mintázni és mérni kell. A több éve folyó vizsgálatok eredményei alapján modellezni tudtuk az atomerőműből a talajvízbe szivárgó folyékony radioaktív hulladék terjedését, és kiszámoltuk a szennyeződés jövőbeli elhelyezkedését. Meghatároztuk a szivárgás valószínű helyeit, és becslést készítettünk az ellenőrizetlen szivárgás mértékére.

5. ábra
5. ábra. A paksi atomerőmű 3He és 14C légköri kibocsátása 1983 és 2002 között.

A radioaktív hulladékkezelés célja, hogy a radioaktív hulladékok úgy kerüljenek ártalmatlanításra, hogy az emberi egészség és a környezet védelme biztosított legyen mind most, mind a jövőben. Az is szempont, hogy ennek eléréséhez ne legyen szükség a jövőbeli generációk indokolatlan mértékű terhelésére. A hulladékok elhelyezésére szolgáló létesítmények lezárás utáni biztonságával foglalkozó elemzések legfontosabb feladata így annak meghatározása, hogy az elhelyezett hulladékoknak milyen hatásai lehetnek a jövőbeli generációkra és a környezetre, a jövőbeli - ismeretlen - körülmények és feltételek függvényében. A radioaktív hulladék végleges elhelyezésénél a többszörös védelem elve alapján a természeti adottságokat és a műszaki megoldásokat együttesen kell fölhasználni az elszigetelésre. Ezért a feladat egyrészt a megfelelő geológiai környezet kiválasztása, másrészt e környezet természeti adottságait kiegészítő műszaki megoldások alkalmazása: a hulladék megfelelő formája, csomagolása, beágyazása valamint a tárolótér kitöltése, szigetelése stb. Mivel a 30 évnél rövidebb felezési idejű izotópok radioaktív sugárzása néhány száz évnyi elszigetelés alatt gyakorlatilag leeseng, ezért a végleges elhelyezésre olyan "esetleg" felszín alatti geológiai környezetet választanak, mely a tároló műszaki védelmének degradálódása vagy megszűnése esetén is biztosítja e néhány száz évnyi elszigetelést. A mélységi elhelyezés során érvényesülnie kell az úgynevezett többszörös gátrendszer elvének. A tároló rendszer biztonsága attól függ, hogy a különböző műszaki és természetes gátak kombinált, és/vagy egymást kiegészítő funkciói mennyire tudják megakadályozni, illetve késleltetni a radioizotópok kijutását az emberi környezetbe. A kis és közepes aktivitású radioaktív hulladék elhelyezésének problémakörében igen fontos szerepet játszanak az Intézet ilyen irányú kutatásai: a hulladék minősítéséhez elengedhetetlen izotópok kémiai formáinak meghatározása, nehezen mérhető izotópok aktivitáskoncentrációjának meghatározására irányuló módszerfejlesztések, hulladékokban lejátszódó gázképződési folyamatok vizsgálata és, nem utolsó sorban, radioaktív hulladéktárolók potenciális helyeinek kijelölésére irányuló törekvések.

Az Atommagkutató Intézet egyik nagylélegzetű projektje volt a püspökszilágyi felszín közeli radioaktív hulladékfeldolgozó és -tároló biztonsági elemzésének elkészítése. Az összesítő biztonsági elemzés során a geológiai környezetről, az elhelyezni kívánt hulladékokról, a mesterséges építményekről és a telephely környezetéről rendelkezésre álló anyagok értékelése során vizsgáltuk az egyes jellemzők kölcsönhatásait, a tárolót érintő különböző események következményeit, a radioaktív izotópok lehetséges terjedési útvonalát esetleges szivárgás esetén [6]. Az elemzés során úgynevezett konzervatív becslést alkalmaztunk, amely a valóságosnál súlyosabb következményeket eredményezett, viszont mindenképpen a biztonság növeléséhez vezetett, hiszen a tárolót ilyen szempontból "túlméreteztük". Fontos megemlítenünk, hogy az elvégzett biztonsági elemzés alapján megállapítható volt, hogy a püspökszilágyi hulladéktároló jelenlegi üzemi és környezetbiztonsága az intézményes ellenőrzési időszak végéig megfelelő, azonban a hosszabb távú biztonság garantálása érdekében bizonyos biztonságnövelő intézkedésekre van szükség.

Mivel a püspökszilágyi hulladéktároló rendeltetése nem az atomerőművi kis és közepes aktivitású hulladék tárolása, Magyarország is szembesült ugyanazon problémával, amellyel a környező országok többsége: a nukleáris energia által termelt radioaktív hulladékok mihamarabbi elhelyezése érdekében történő tárolók építésével. A világban eddig megvalósított vagy kifejlesztés alatt álló hulladékelhelyezési koncepciók közül Magyarország felszín alatti tároló megépítése mellett döntött, amikor zöld utat kapott Üveghuta térségében a Nemzeti Kutatási Program. A folyamatban levő üveghutai felszín alatti tároló előzetes biztonsági értékelésének eredményei azt mutatják, hogy a tároló lezárását követően a lakosság radiológiai kockázata elhanyagolhatóan alacsony. Valamennyi vizsgált esetben a lakosság sugárterhelése több nagyságrenddel a hatósági korlát alatt maradt, a külső tényezők változásai az eredő biztonságot lényegesen nem befolyásolják. Ez a tervezett tároló elhelyezési mélységéből, valamint a telephely hidrogeológiai jellemzőiből következik. Az ATOMKI részt vett nemcsak az üveghutai biztonsági elemzésben, hanem az ezt megelőző kutatási tevékenységben, leginkább a célterület izotóphidrológiai vizsgálatában.

<>

Fentiekben ízelítőt adtunk a környezet kutatásával, védelmével kapcsolatos néhány, az ATOMKI-ban jelenleg folyó érdekes tevékenységről. Ezek művelését, eredményeik elérését az tette lehetővé, hogy az Intézetben az elmúlt 50 évben létrejött és folyamatosan fejlődött egy egyre jelentősebbé váló kutatási infrastruktúra az azt működtető jól képzett kutatógárdával. A fejlődés ezen a ponton nem állt meg, tovább folytatódik. Különösen a tömegspektrometria terén látható nagyobb léptékű előretörés, amelynek hatása remélhetőleg néhány éven belül a környezetkutatás terén, de azon túlmenően a többi alkalmazott és néhány alapkutatási területen is meg fog mutatkozni.

Irodalom

  1. BORBÉLYNÉ KISS I., KOLTAY E., MÉSZÁROS E., MOLNÁR Á., SZABÓ GY.: Elemanalízis a légköri aeroszol tanulmányozásában - Az atomenergia és magkutatás újabb eredményei 9, szerk.: Koltay Ede, Akadémiai Kiadó, Budapest, 1992.
  2. HAKL J., HUNYADI L, CSIGE L, GÉCZY G., LÉNÁRT L., VÁRHEGYI A.: Radon transport phenomena studied in karst caves-international experiences on radon levels and exposures - Radiat. Measur. 28 (1997) 675
  3. DEZSŐ Z., HAKL J., MOLNÁR L.: Barlangi kőzetek radon exhalációja - Karsztfejlődés VI., Szombathely, 2001, 305.
  4. BARADÁCS E., HUNYADI L, DEZSŐ Z., CSIGE L, SZERBIN P.: Ra-226 in geothermal and bottled mineral waters of Hungary - Radiat. Measur. 34 (2001) 385
  5. Final Report on the Green Paper "Towards a European Strategy for the Security of Energy Supply", COM (2002), 321 Final, Brussels, 2002.
  6. FUTÓ I., MOLNÁR M., PALCSU L., SVINGOR É., SZÁNTÓ ZS.: A Püspökszilágyi RHFT Környezet és Sugárbiztonsága - III. fejezet: Az RHFT közvetlen környezetének hidrológiai viszonyai, Szerk.: Schweitzer F., Tiner T., Bérci K. MTA Földrajztudományi Kutatóintézet, Budapest, (2003) 91.

________________________________

A cikk megírásában segítettek a Környezet- és Földtudományi Osztály, az Ionnyaláb Analitikai csoport és a DE TTK - MTA ATOMKI Környezetfizikai Tanszék munkatársai.