Radoonist veel ja ühest selle määramise meetodist

2. sept. 201912. sept. 2020

Tšehhi ja Saksamaa piiril tänapäevalgi edelast kirdesse kulgevas Erzgebirge maagimäestikus algasid kaevandustööd XV esimesel poolel. Selleks sundis renessansiajastul kiiresti kasvanud vajadus metallide järele. Algaastatel kaevandati Erzgebirges kulla-, hõbeda-, vase-, raua-, hiljem ka koobalti- ja arseenimaaki. Aastal 1789. avastas saksa teadlane M.H. Klaproth uraani uraanoksiidi kujul, mis esineb looduses musta pulbrina. Kõigepealt hakati uraanimaaki kaevandama Erzgebirge Tšehhi-poolses Jachymovis (Joachimstahl), hiljem ka Erzgebirge Saksamaa-poolses Schneebergis. Tollal kasutati uraanisooli puidu, naha, keraamika ja klaasi värvimiseks [1]. Esimesena sai metallilise uraani 1841. aaastal prantsuse keemik E.M. Peligot [2].

Radoon põhjustab kopsuvähki

Maagikaevurite eluiga oli lühike – tollal ei teatud veel midagi radioaktiivsusest ega selle mõjust inimese tervisele. Radioaktiivsuse avastasid alles palju hiljem (aastatel 1896–1898) prantsuse füüsikud A.H. Becquerel ning M. ja P. Curie. Kaevurite kehva tervist uurisid Jachymovi linnaarst ja mineraloogia isaks nimetatud G. Agricola ning Šveitsi päritolu arst P.A. Paracelsus, kes arvasid, et nn Schneebergi mägihaigus (saksa k Schneeberger Bergkrankheit) on tingitud kaevandustolmu ja metalsete aurude sissehingamisest. Agricola töötas välja nii kaitsemaske kui ka mitmesuguseid kaevanduste ventileerimise süsteeme. Kuid sellele vaatamata kaevurid surid, uskudes, et seda haigust, millele nad andsid nimeks Bergsucht, põhjustavad germaani mütoloogiast tuntud maa-alused kääbused (saksa k Unterirdische Zwergen). Hartig ja Hesse tegid 1879. aastal kindlaks, et Schneebergi mägihaigus pole midagi muud kui kopsuvähk [1].

Saksa teadlane F.E. Dorn avastas 1900. aastal radooni. Radooni mõõtmiste tulemusena kaevandustes ajavahemikus 1920–1930 tegi dr V. Archer kindlaks, et Schneebergi kaevanduses oli radooni sisaldus õhus ligikaudu 87 kBq/m³ ning Jachymovis 51 kBq/m³ . Siit sai oletada võimalikku seost radooni ja kopsukasvajate vahel. Alguses kaheldi selles väites ning uraanimaagi kaevandamine jätkus [1]. 20. sajandi keskpaigas transporditi seda ka nii Jachymovist kui ka Schneebergist tolleagse Nõukogude Eesti Sillamäe rikastustehasesse, kus toimus tuumamaterjali ettevalmistamise esimene etapp – uraani keemiline rikastamine [3].

Mingil ajavahemikul kaheldi radoonis kui kopsuvähi tekitajas. Nimelt olid radooni arvutuslikud doosid selleks liiga madalad, et põhjustada raadiumi kiirgusdoosidega võrreldavat kantserogeenset toimet. Kuigi uraani lagunemisrida oli selleks ajaks juba selge ja radooni tütarnukliidide (poloonium-218, plii-214, vismut-214, poloonium-214, plii-210) olemasolust teati, poldud neid eriti uuritud.

1951. aastal leidsid W.F. Bale ja J. Harley eraldi, et sissehingamisel radooni kui inertgaasi osa kogudoosi moodustumisel kopsudes on väga väike, võrreldes tema õhu aerosoolidele kleepunud tütarisotoopide tekitatud doosiga. Radooni tütarisotoobid kinnituvad õhus aerosoolidele, aga õhu sissehingamisel kinnituvad nad kopsubronhi seintele kuni täieliku lagunemiseni, panustades kiirgusdoosi kaugelt enam kui sisse/välja hingatud radoon ja selle tütred. Tolle ajani oli aga see jäetud arvesse võtmata. Uuringute sihtmärgiks sai nüüd trahheobronhiaalpuu, millele radooni ja tema tütarnukliidide mõju lõpptulemusena võis tekkida kopsukasvaja [1].

Erzgebirge kaevandustes lõpetati uraani kaevandamine seoses Saksamaa taasühendamisega ja DDR-i kadumisega 1990. aastal.

Radoon ja alfakiirgus

Tänapäeval on teada, et radooni ja tema tütarnukliidide ohtlikkus seisneb kopsudesse sissehingatud aatomite lagunemisel vallanduvas ioniseerivas alfakiirguses, mis kahjustab elusaid rakke ja tekitab vabu radikaale. Väikesed doosid ei pruugi kohe kahjustusi tekitada, kuid need suurendavad kopsukasvaja ning pärilike haiguste tekkimise riski [4].

Radooni sisenemine organismi toidu ja vee kaudu võib põhjustada ka maokasvajat ja leukeemiat [5]. Seetõttu on Rn-222 USA-s klassifitseeritud klassi A kartsinogeeniks, mis tähendab, et Rn-222 on ainufaktorina võimeline algatama vähi teket, soodustama selle arengut ja levikut organismis [4]. Aastal 1999 koostatud Eesti keskkonnatervise riikliku tegevusplaani (NEHAP) järgi kuulutati radoon enim levinuks tervisohtlikuks keskkonnateguriks [6].

Looduses leiduvate uraan-235, toorium-232 ja uraan-238 lagunemisridade kolm radioaktiivset radooni isotoopi on aktinoon Rn-219 pooleaga 3,92 sekundit, toroon Rn-220 pooleaga 55,6 sekundit ja radoon Rn-222 pooleaga 3,82 päeva. Kuna Rn-219 ja Rn-220 poolead on väga lühikesed, hõlmab Rn-222 ja tema tütarnukliidide põhjustatud ioniseeriv kiirgus kogu radooni isotoopide tekitatud kiirgusdoosist üle 93% [7].

Uraan

Uraan (U-238) sisaldub looduses keskmisest enam diktüoneemakildas, oobolusfosforiitides, graniidis, moreenis, tard- ja moondekivimites. Kui U-238 sisaldus teatud territooriumi pinnases on üle 3,5–4 g/t, siis suurema tõenäosusega on selle pinnaseõhu Rn-222 sisaldus üle 50 kBq/m³ . Kui sellel pinnasel asuvad hooned, siis siseõhu Rn-222-tase on ka suurema tõenäosusega lubatust (kuni 200 Bq/m³) kõrgem. Eesti pinnase keskmine U-238 sisaldus on 2,1 g/t [8]. Tallinna diktüoneemakilda üksikproovides on aga seda isegi 110–130 g/t [7].

Niisiis, U-238 leidub kõikides kivimites ja pinnastes, mistõttu seal leidub ka tema lagunemisrea saadusi Ra-226 (raadium) ja Rn-222. Iga Ra-226 aatomi lagunemisel viskub tuumast välja alfaosakesi. Alfaosakese väljakiirgamist saadab tagasilöök, mis põhjustab vast moodustunud Rn-222 liikumise vastassuunda. Selline nn tagasilöök on kõige tähtsam faktor, mis mõjutab Rn-222 eraldumist ainest (vt joonis 1) [9].

Ra-226 aatomi asukoht mineraalses terakeses ja Rn-222 tagasilöögi suund määravad ära, kas tekkinud Rn-222 siseneb terakeste vahelistesse pooridesse või mitte. Kui Ra-226 aatom on sügaval aines, siis Rn-222 aatom ei suuda sealt välja pääseda. Isegi kui Ra-226 aatom asub terakese välispinna läheduses, võib tagasilöögi tulemusena Rn-222 hoopis sügavamale ainesse tungida (vt joonis 2) [9].

Tuuma tagasilöögi energia α-lagunemisel, mille saab Rn-222 aatom, on ~100 keV [10]. Enamikus pinnastes suudab pooridest väljuda kõigest 10–50% seal tekkinud Rn-222 aatomitest. Vee olemasolul poorides Rn-222 aatom aeglustub ning tõenäoliselt jääbki poori sisse [9]. Rn-222 tagasilöögi teepikkus on 0,02–0,07 µm tahkistes, 0,1 µm vees ja 63 µm õhus [10].

Radoonist ehitusmaterjalides

Tänaseni tehtud mõõtmiste põhjal pole Eesti majades märgatud ehitusmaterjalidest põhjustatud kõrgeid Rn-222 tasemeid [11], kuigi mineraalsed ehitusmaterjalid võivad sisaldada Ra-226, millest tingitud Rn-222 emanatsioon on ehitusmaterjalides 0,002–0,4%. Mida poorsem ja lõhelisem on ehitusmaterjal, seda suurem kogus Rn-222 ehitusmaterjalidest emaneerub. Kõige suurem Ra-226 sisaldus (600–2600 Bq/kg) on mõõdetud kaevandusjääkidest ning tuhast või raadiumirikkast savist valmistatud kergplokkides või betoonis, millest Rn-222 ekshalatsioon on 50–200 Bq/m² [12].

Radoonist joogivees

Tarbevees võib Rn-222 sisaldus olla kõrgem kambrium-vendi ja kvaternaari veekompleksis, kui ülesvoolu paikneb oobolusfosforiit, diktüoneemakilt või nende töötlemisjääkide puistang [8, 12]. USA-s ning Skandinaavia riikides on graniit (3–10 g/t uraani) peamine Rn-222-sisalduse põhjustaja põhjavees [7, 9]. Tarbeveest pärinevat Rn-222 on avastatud peamiselt tualettruumide, duširuumide ja köökide õhust. Tänu veevärgis toimuvale põhjavee aereerimisele vabaneb suur osa Rn-222 ning ka protsess ise aeglustab veekasutust, mistõttu allesjäänud Rn-222 jõuab laguneda enne tarbimist [9]. Pinnavees on Rn-222 tavaliselt vähe – alla 2 Bq/m³ [13], sest see tõuseb atmosfääri. Pinnavett kasutavates elamutes ei ole veest tingitud Rn-222 probleeme [9]. Kuna Eestis lubatavaks Rn-222 sisalduseks joogivees peetakse 10–100 Bq/l ning siiani mõõdetud põhjavee Rn-222 sisaldused on jäänud alla 100 Bq/l, siis põhjavees oleva Rn-222 panus siseruumide õhu koostisesse on ebaoluline [14].

Rn-222 mõõtmine aktiivsöemeetodil

Väga tõhus viis Rn-222-taseme mõõtmiseks on aktiivsöemeetod, mis võimaldab kuni nädalasi mõõtmisi, kuid mis senini on Eestis kahjuks vähe levinud. (Suurima neeldumisvõimega on kookosekoorest valmistatud aktiivsüsi. Ajakohane tehnoloogia võimaldab saada ühe grammi aktiivsöe pooride pindalaks kuni 1400 m² [15].) Rn-222 mõõtmine algab söega täidetud silindrilise kujuga alumiiniumpurgi kuumutamisest, et desorbeerida seal sisalduv aktiivsüsi. Pärast kuumutamist suletakse purk õhutihedalt kaanega. Mõõtmiskohas eemaldatakse purgi kaas ning purk jäetakse avatuks 2–7 päevaks, mille kestel õhus leiduv Rn-222 adsorbeerub söe pinnal. Difusioonibarjääriga aktiivsöe kanistrid on võimelised mõõtma õhu radoonisisaldust isegi üle 55% õhuniiskuse korral [16].

Eksponeerimisperioodil (2–7) laguneb adsorbeerunud Rn-222 tütarnukliidideks. Pikema eksponeerimise perioodil (6–7 päeva) Rn-222 adsorptsiooni ja desorptsiooni/lagunemise suhe võrdsustub [17]. Mõõtmiste lõpetamisel suletakse mahuti taas õhukindlalt 3–4 tunniks, et Rn-222 tütarnukliidid saavutaksid omavahelise tasakaalu. Pärast tasakaalustumist algab laboris Rn-222 tütarnukliidide Pb-214 ja Bi-214 määramine gammadetektori abil. Aktiivsöe meetod ei vaja paikset energiavarustust ja võimaldab söekanistreid korduvalt kasutada. See meetod on lihtne, kiire ja suhteliselt odav, võimaldades ka ilma kvalifikatsioonita isikul paigaldada kanister uuritavasse ruumi ja eksponeerimise lõppedes toimetada see kiiresti laboratooriumisse.

Kasutatud kirjandus

A History of Radon- 1470 to 1984 http://www.wpb-radon.com/pdf/ History%20of%20Radon.pdf, 10 September, 2009.
About uranium. The Discovery of Uranium http://www.uraniumsa.org/about/ discovery.htm, 12 September, 2009.
Tuumarelvade leviku tõkestamisega seotud probleemidest Eestis http://www.envir.ee/kiirgus/image/Nonpro_Eesti.pdf, 13 September, 2009.
Sisekeskkond ja tervis www.dooker.eu/Mainor/Sisekeskkond%20 ja%20tervis.ppt, 13 September, 2009
How radon causes lung cancer http://www.radonseal.com/radon-health. htm, 13 September, 2009.
Petersell, V. Radoonist tulenev terviserisk, Keskkonnatehnika., 3, 2003.
Petersell, V. Radoon ja Suur-Tallinn, Keskkonnatehnika., 8, 2005.
Radoonist Eestimaa pinnases, http://www.envir.ee/orb.aw/class=file/action=preview/id=964093/ 08+Rn+pinnases.pdf, 14 September, 2009 .
U.S. Geological Survey – The Geology of Radon, 14 September 2009.
Realo, E. “Keskkonnadosimeetria ja kiirguskaitse 2” loengumaterjal, 2005.
Radoon hoonetes, Eestis läbiviidud projektid, http://www.envir.ee/orb.aw/ class=fi le/action=preview/id=964092/Radoon+2_12+veeb+2008_kairi.pd 12 September, 2009.
Hoonete radoonisisalduse vähendamise meetmed, http://www.envir.ee/orb.aw/ class=file/action=preview/id=964095/radoon.pdf 12 September, 2009.
Pettersell, V., Siseõhu radoonist Eestis, Keskkonnatehnika, 3, 2000.
Aktiivsüsi ja tema kasutamine. http://www.bercarbon.ee/aktiivsusi.html, 14 September, 2009.
Kojic, M. et. al. „Optimization of radon measurment with active charcoal, Health Physics., 76, 1999.
Radon Measurements http://www.ieminc.com/prrn2r.html, 15 September, 2009.
Indoor Radon and Radon Decay Product Measurement Device Protocols 15 September, 2009.