is beta-straling van argon-41 gevaarlijk voor de gezondheid?

dag Linda,

even vooropgesteld: ik ben ook geen stralingsexpert.

Op het eerste gezicht leek mij als natuurkundedocent  8 miljard Becquerel niet veel. Grote getallen in deze tak van wetenschap zeggen niet zoveel (een reageerbuisje water bevat ongeveer 600 000 000 000 000 000 000 000 watermoleculen oftewel zeshonderdduizend miljard miljard), maar toen ik eraan ging rekenen schrok ik ervan, dat leek onverantwoorde resultaten op te leveren.

definitie: één Becquerel betekent één vervalgebeurtenis per seconde.

Het zou betekenen dat er aan de mond van die schoorsteen -want daarom gaat het ongetwijfeld- elke seconde maximaal 8 miljard argon-isotopen per seconde zouden vervallen, waarbij dus steeds 8 miljard beta-deeltjes vrijkomen, los rondvliegende elektronen dus. 
In vaktermen, Een volume-activiteit van 8 GBq/m³ als ze al een kuub per seconde die schoorsteen uit blazen. Dat leek me écht ongezonde lucht om in te vertoeven. Diezelfde kuub zou trouwens 1,83 uur later (de halveringstijd van Ar-41) nog steeds een activiteit van 4GBq vertonen, terwijl er uit diezelfde schoorsteen in de tussentijd duizenden kubieke meters radio-actieve lucht achteraan gestroomd zijn. 

Dus op zoek......... 

Toen vond ik bijvoorbeeld deze:
http://www.rpe.org.in/article.asp?issn=0972-0464;year=2012;volume=35;issue=3;spage=126;epage=134;aulast=Mukherjee

Radiation safety issues relevant to proton therapy and radioisotope production medical cyclotrons
Bhaskar Mukherjee
West German Proton Therapy Centre Essen (WPE gGmbH), Hufelandsrasse 55, D-45147 Essen, Germany

in de conclusies:

Wat hier feitelijk staat is dat ze in zo'n behandelruimte in een uur zóveel argon activeren dat na een uur de activiteit van argon-41 zou zijn opgelopen tot 211 Becquerel per kubieke meter lucht (niks te giga, gewoon losse becquerels), en dat door zoveel lucht te verversen dat de gehele ruimte 8 x per uur ververst wordt de gemiddelde activiteitsconcentratie in de behandelruimte (en dus ook in de afgevoerde lucht) daalt tot 26 becquerel/m³ , "ruim onder de toegestane limiet van 200 Bq/m³".

Dit verschil met wat ze in Groningen verwachten te lozen (een paar honderd miljoen keer zo hoge concentratie) is idioot en dus klopt er iets niet.  

Dus verder gezocht, en toen vond ik een wijzigingsbeschikking uit 1996 voor een protonversneller van de TU Delft (zie bijlage) die getallen noemt.

en wat lezen we daar onderaan blz 2:

Het gekke is die eenheid: "GBq per jaar". Net of je zegt dat iemand toestemming krijgt om 100 km/h per jaar te rijden. Acht miljard vervalgebeurtenissen per seconde per jaar. Die snap ik niet. 
Vind je dat in die Groningse vergunning óók terug? Want ik denk dat hier wordt bedoeld dat ALS ze wat ze totaal in één jaar aan ⁴¹Ar lozen in één keer in 1 m³ zouden lozen, de activiteit in die kubieke meter dan 8 GBq zou zijn. 

Deel 8 miljard door 365 dagen, door 24 uur en ten slotte door 3600 s en dan zou daarmee de gemiddelde activiteit aan de schoorsteen 253 Bq bedragen. Nu zitten we in elk geval al in nagenoeg dezelfde orde van grootte als in dat onderzoek van het Duitse protontherapiecentrum dat ik hierboven citeerde. Maar dat kan een toevalstreffer zijn.


Kijken we even in meer detail naar dat Argon-verval:


http://www.nucleonica.net/wiki/index.php?title=Decay_Schemes



Het leeuwendeel (zie rood rechthoekje)van die β-deeltjes heeft een energie van 1,2 MeV (mega-elektronvolt, ofwel 1,2·10⁶ eV). Klinkt ook weer heel veel, maar een elektronvolt is een héél kleine eenheid van energie.

Voor 250 van die isotopen per seconde betekent dat een stralingsenergie van
250 x 1,2·10⁶ x 1,6·10^-19 = 4,8·10^-11 J/s

Zou jij in je eentje een heel jaar lang ál die straling binnenkrijgen dan sta je bloot aan een hoeveelheid stralingsenergie van 4,8·10^-11 x 3600 x 24 x 365 = 0,0015 joule per jaar. Stel dat jij 50 kg weegt, dan is dat dus om en nabij 0,000 03 joule per kg lichaamsgewicht per jaar en dat noemen we dan 0,000 03 Sv per jaar. 0,03 mSv dus. En dat is dan weer heel erg weinig in mijn ogen.

In Nederland staan alle gewone mensen bloot aan een achtergrondstraling van ongeveer 2,7 mSv (millisievert) per jaar,  Mensen die beroepsmatig veel aan straling bloot staan (en behalve radiologen en tandartsen zijn dat bijvoorbeeld ook piloten, die hoog in de atmosfeer veel meer kosmische straling vangen dan wij op de grond) mogen maximaal 20 mSv per jaar opvangen. 

Dan is 0,03 mSv, die je extra vangt als je bovenop die schoorsteen zou gaan zitten, een heel jaar, totaal verwaarloosbaar. De moeite niet om grenzen aan te gaan stellen in vergunningen. Of dát stukje van mijn berekening, met die mij vreemde GBq/jaar klopt, vraag ik me dus nog af. 

Ik ga verder op zoek.

Groet, Jan

Het wijzigingebesluit is een typisch voorbeeld van ambtelijk broddelwerk. Niet alleen blinkt het uit in vele paragrafen volledig onnodige en onleesbare juridisch acracadabra maar de opsteller heeft van natuurkunde ook niets begrepen.
Eenheden worden verkeerd gebruikt (mev i.p.v. MeV, bq i.p.v. Bq en zo), daarna vliegen ze met het argonbesluit volledig uit de bocht door 40 GBq per jaar toe te staan.
Zoals Jan al aangeeft is dit klinkklare onzin. Bq is het aantal kernvervallen per seconde. Bq/jr is dan kernvervallen/s² (x1/(365x24x60x60)) . Alsof het een versnelling betreft waarbij het kernverval in Bq elk jaar met 40x10⁹/(365x24x60x60) mag toenemen...

40 GBq is een zeer groot aantal kernen dat elke seconde vervalt (40 miljard) en dat betekent dat het aantal radioactieve kernen dat nog niet vervallen is gelijk is aan dit aantal maal 1,44  t_1/2 waarbij t_1/2 de halfwaardetijd is in seconden.

Niet alleen heeft Groningen te maken met aardgasboring problemen maar deze uitstootvergunning klopt ook (fysisch) van geen kant.

Dank voor jullie uitleg. Ik vond de beschikking ook al vreemd, omdat er inderdaad 'per jaar' achter stond en ik het ook al raar vond dat je 8 miljard deeltjes per seconde per jaar zou krijgen, want zover was ik ook met mijn berekening. Wat raden jullie mij nu aan? Denken jullie dat ik blootsta aan 0,03 MV en ik me dus geen zorgen hoef te maken of raden jullie mij aan om verdere informatie op te vragen bij sepcialisten en zo ja bij wie dan? Ps Ik heb zelf geen technische achtergrond en ook geen contacten in die sfeer, vandaar dat ik mijjn vraag hier had gepost.  mvg Linda

dag Linda,

ik denk eerlijk gezegd niet dat je je zorgen hoeft te maken. Die argonhoudende lucht komt uit de behandelkamer, is een onvermijdelijk "bijproduct" van die protontherapiestraling. Wat veel mensen niet weten is dat gewone lucht een klein procentje stabiele argon bevat, naast ongeveer 78% stikstof en 21% zuurstof, en kleine hoeveelheden overige gassen zoals waterdamp, CO₂ etc.  Onder invloed van protonbestraling (waarbij uit andere botsingen ook neutronen vrijkomen) verandert een klein deel van die argon uit de omgevingslucht in het radio-actieve ⁴¹Ar. Die concentraties kúnnen niet hoog zijn anders zouden radiologen en behandelde patiënten die protontherapie niet overleven. 

Die gekke GBq/yr vind ik trouwens intussen terug in allerlei documenten die handelen over uitstoot van radio-actieve stoffen uit allerlei nucleaire installaties, dus het zal vast geen zich vertypende ambtenaar zijn die dat bedacht. Maar nog nergens vind ik uitgelegd hoe ze aan die eenheid komen, m.a.w. hoe ze zoiets vaststellen of berekenen. 

Wat je voorlopig verder mag geruststellen: 

Een β-deeltje mag je als een kogel beschouwen die je in een bos afschiet: Onderweg raakt dat bomen, takken, bladeren, wordt daardoor afgeremd en valt op niet al te grote afstand van het geweer gevaarloos op de grond. Zo ook een β-deeltje in lucht: alle luchtmoleculen zijn "bomen" voor zo'n β-deeltje. Afhankelijk van de energie die het β-deeltje meekreeg van zijn vervallende atoom dringt dat β-deeltje verder of minder ver in lucht door. En hoe verder het doordringt, hoe minder energie er over is.

 Zoals blijkt uit het vervalschema van 41Ar in mijn bericht van afgelopen nacht gaat dat voor 99% om deeltjes met een energie van 1,2 MeV. Die hebbben een betrekkelijk beperkte dracht in lucht:


http://www.alpharubicon.com/basicnbc/article16radiological71.htm
Uit de grafiek hierboven kun je lezen dat die deeltjes maximaal 4 m door lucht reizen, en na 4 m hun energie overigens volledig kwijt zullen zijn. Het overgrote deel vind je na 2 meter al niet meer terug. 
De 0,7% beta's met een energie van 2,5 MeV zouden nét de 10 m kunnen halen voor ze al hun energie kwijt zijn. 

Kortom, met die schoorsteen aan de overkant van de straat en windstilte is je stralingsblootstelling als gevolg van deze emissie stomweg helemaal 0, niks, nada. Pas als die "pluim" in je gezicht waait gaan we straling meten. 

Ik ga verder op zoek naar die GBq/yr.

Groet, Jan

Dag Jan,

wederom bedankt voor al deze uitleg. Heel fijn om te weten dat die deeltjes niet ver komen. Wel blijf ik me verder verbazen over die Giga Becquerel per jaar. Ik hoop dat jouw bovenstaande interpretatie klopt. Ik hoor het graag als je daar meer over te weten kunt komen. nogmaals dank voor alle moeite mvg Linda

Ik wel :) en die heb ik intussen gemaild. 

Dit gaat vast wel langer dan een paar dagen duren, maar hier kom ik hoe dan ook op terug. Ik kan er niet tegen eenheden niet te begrijpen die ik zou moeten kunnen begrijpen. 

fijne jaarwisseling,
Jan

Dag Jan, ik zie graag je reactie tegemoet.

Ondertussen blijft er nog een vraag door mijn hoofd cirkelen. Jij schrijft dat die beta-deeltjes zodra ze in botsing met een luchtmolecuul komen hun energie verliezen en dus onschadelijk zijn en in de praktijk niet verder komen dan 4m. Elders heb ik ergens op het web gelezen dat je een dik boek of een plaat aluminium nodig hebt om beta-straling tegen te houden. Hoe staat dat met elkaar in verhouding? Dat snap ik niet helemaal.

alvast bedankt en de beste wensen voor 2017!
Linda

PS Er gaat kennelijk ook iets niet helmaal goed op de site, want ik heb het vakje 'houd mij op de hoogte bij reacties' aangevinkt, maar ik krijg geen bericht wanneer jij reageert....

dat "hun", in de zin van "al hun energie", na botsing met één luchtmolecuul,  schreef ik niet. Net als die geweerkogel in dat bos, bij elke tak of elk blad dat die raakt verliest die een groter of kleiner deel van zijn energie (en verandert daarbij ook meer of minder van richting), en valt op den duur energieloos op de grond.

Hieronder een opname van een "nevelkamer". Het gaat hier om lucht met een beetje radio-actief radongas, dat alfadeeltjes uitzendt. In die "kamer" bevindt zich ook een verzadigde damp. Botst een deeltje tegen een lucht-of dampmolecuul dan wordt dat geïoniseerd (een elektron wordt er afgeknikkerd) en dat is een ideale condensatiekern. Er ontstaat daar dus direct een zichtbaar vochtdruppeltje. Met al die opeenvolgende druppeltjes kunnen we het spoor van dat alfadeeltje volgen. Na duizenden botsingen, op 10-40 cm, is dat alfadeeltje zijn snelheid wel kwijt (op een vertraagde opname zou je het trager en trager zien gaan tussen begin en einde van een nevelspoor)



Voor een betadeeltje werkt dat net zo, alleen, omdat dat stukken kleiner is dan een alfadeeltje schiet dat ook meer tussen luchtmoleculen door, duurt het dus langer tussen twee opeenvolgende botsingen, en dringt het dus verder in lucht door dan alfastraling.

Hieronder een foto van een nevelkamer met diverse soorten straling:



Rechtsboven een paar sporen van betadeeltjes ("electrons") met veel energie: Typische vergelijkingen met een alfa-spoor (linksonder en middenonder):

• een veel dunner spoor omdat er per centimeter minder botsingen plaatsvinden en dus minder neveldruppeltjes ontstaan.
• een veel langer spoor, ook weer omdat er per centimeter minder botsingen plaatsvinden .

Zo'n nevelkamer is te klein om heel het spoor te kunnen volgen; in de grafiek in mijn bericht van 30 december 2016 om 12:52 hierboven kun je zien dat een betadeeltje met een energie van 2,5 MeV zoals ⁴¹Argon wel een beetje uitzendt een meter of 10 kan halen in lucht. 

Middenboven in beeld zie je dan het spoor van een betadeeltje dat het grootste deel van zijn energie al kwijt is aan voorgaande botsingen: het spoor is al een stuk minder recht, maakt zelfs ergens een paar haakse bochten.

Bij elke botsing raakt zo'n deeltje dus een beetje van zijn snelheid (en dus zijn energie) kwijt. 

Nu hopelijk wel, als je bedenkt dat in een vaste stof de moleculen tot wel duizend keer dichter op elkaar zitten dan in een gas,, en ook nog eens vaak een stuk groter zijn. De botsingskans per centimeter wordt daarmee duizenden keren groter, en dus zal een betadeeltje duizenden keren minder ver doordringen in aluminium dan in lucht.

Voor onze geweerkogel het verschil tussen een savanne en een oerwoud:



Een dik boek heeft dus hetzelfde remmende effect als 10 meter lucht. En bij pagina honderd meet je al veel minder betadeeltjes dan bij pagina één, en bovendien zullen de betadeeltjes die je bij pagina honderd meet gemiddeld al beduidend minder energie over hebben dan ze bij pagina één nog hadden.



geen idee. Is dat al zo vanaf het begin? Misschien een typefoutje in je mailadres? Ik gebruik die functie nooit, maar zal het ook eens proberen nu.

Hoe dan ook, ik ben ervan overtuigd dat die argonemissie geen reden tot ongerustheid voor Groningers hoeft te zijn. Dus grote haast is er niet bij :)


groet, en insgelijks wat betreft dit nieuwe jaar,
Jan

Ik ben niks vergeten hoor. Maar het valt nog niet mee om duidelijke antwoorden te vinden. 

Eén ding is intussen duidelijk: als je één banaan eet (die bevat vrij veel kalium en daarmee onvermijdelijk ook navenant veel radio-actief ⁴⁰K, wat bananen overigens daarom niet minder gezond maakt) dan vang je daarmee méér straling dan wanneer je een heel jaar op de stoep naast dat protontherapiecentrum gaat bivakkeren. 

Dat roept dan wél de vraag op waarom die ⁴¹Ar emissie in een vergunning nadrukkelijk aan banden wordt gelegd: we plakken ook geen stickertjes  op bananen . 


En verder heb ik nog geen duidelijk rekentechnisch antwoord op de zin of onzin van de eenheid GBq/jaar in dit verband. 

De onderste steen kon nog wel eens diep liggen, dus dat kan nog wel eens even gaan duren. Maar we geven niet op. 

groet, Jan

dag Linda,

Ik ben er eindelijk een heel eind uit. 

Die gigabecquerel per jaar is niet een eenheid in de natuurkundige zin. het komt er simpel gezegd op neer dat als we alle uitgestoten radio-actieve stof van één jaar in één vers klompje zouden samenballen, dan zou dat klompje een activiteit van 8 GBq hebben.

Daar zat ik dus eerder (30 december 2016 om 02:32) ook al aan te denken

"Want ik denk dat hier wordt bedoeld dat ALS ze wat ze totaal in één jaar aan 41Ar lozen in één keer in 1 m³ zouden lozen, de activiteit in die kubieke meter dan 8 GBq zou zijn.

Deel 8 miljard door 365 dagen, door 24 uur en ten slotte door 3600 s en dan zou daarmee de gemiddelde activiteit aan de schoorsteen 253 Bq bedragen. Nu zitten we in elk geval al in nagenoeg dezelfde orde van grootte als in dat onderzoek van het Duitse protontherapiecentrum dat ik hierboven citeerde. "


Het is dus een stukje vakjargon waar nog een hoop vervolgberekeningen op losgelaten moeten/kunnen worden. De activiteit bij zo'n bron (in dit geval een behandelkamer) is te meten, een ventilatievoud van die ruimte is bekend, en dus is een overschrijding ervan eventueel makkelijk vast te stellen.   Het getal op zich zegt ook niks over gevolgen voor de volksgezondheid of milieu. Dat hangt af van de soort stof, en daarmee van halveringstijd, soort en energie van de vrijkomende straling etc enz usw. 

Volgens berekeningsprotocollen met daarin een hoop wegingsfactoren kun je die uitstoot dan gaan omrekenen naar een stralingsbelasting voor iemand op bijvoorbeeld de zg terreingrens. Ik heb niet de volledige berekening gezien, heb ook geen kennis van al die wegingsfactoren etc, en vertrouw hierbij volledig op mijn zegsman. Maar het komt neer op iets in de buurt van 2,5 nanosievert per jaar, 2,5 nJ/kg/jaar

Aangezien het eten van één enkele banaan je al 100 nSv oplevert, maar je daarom vooral niet moet laten lekker je banaan te eten, is die uitstoot dan ook geheel verwaarloosbaar. 

Op de vraag waarom zo'n quantité négligeable dan toch uitdrukkelijk in een vergunning wordt vermeld heb ik (nog) geen antwoord, en ik weet niet of ik dat ooit ga krijgen. Lijkt me een geval van "gotta go through the motions" voor alles wat in potentie de volksgezondheid bedreigt. Het is meetbaar, e.e.a. is vast te stellen, en dan doen we dat dus ook. 

Groet, Jan

Beste Jan,

Linda schreef op 29 december 2016 o.a. het volgende:

“Ik heb een vraag. Ik woon in Groningen, pal naast het proton-therapy center. In de vergunning van de Gemeente Groningen staat dat het centrum via de lucht tot max 8 GigaBeqerel aan argon-41 via de lucht mag uitstoten.”

Overigens is dit niet de vergunning van de gemeente Groningen, maar die van het UMCG. De vergunning betreft een zogenaamde complexvergunning ex Kernenergiewet. Het feit dat het UMCG een complexvergunning heeft wil zeggen dat de overheid hoge eisen stelt aan de aanwezige stralingsdeskundigheid en derhalve beschikt over een zogenaamde stralingsbeschermingseenheid (SBE) met daarin een aantal stralingsdeskundigen. Het hoofd van een SBE moet een stralingsdeskundige zijn op niveau-2 stralingsdeskundigheid (in NL het hoogste niveau van stralingsdeskundigheid).

In de KEW-vergunning van het UMCG staat o.a. dat ze maximaal 8 GBq per jaar aan Ar-41 mogen lozen via de lucht. In de praktijk is dit een vrij conservatieve afschatting van de hoeveelheid die werkelijk per jaar aangemaakt wordt. Wij mogen volgens onze KEW-vergunning bijvoorbeeld maximaal 2500 GBq per jaar aan Ar-41 lozen via de lucht, maar in 2017 hebben we werkelijk 1507 GBq Ar-41 geloosd.

Het Ar-41 bij het UMCG wordt aangemaakt tijdens de protonentherapie door luchtactivering. Stel dat het UMCG op 1 januari 2019 om 12:00 in één keer 8 GBq via de lucht geloosd zou hebben, dan zou het UMCG de rest van het jaar 2019 geen enkele becquerel Ar-41 meer mogen lozen.
Op de website van het UMCG vind ik dat zo’n bestraling gemiddeld een half uur duurt en dat er op jaarbasis ongeveer 600 patiënten bestraald worden met protonen. Grosso modo betekent dit dus dat het UMCG maximaal ongeveer 13,3 MBq Ar-41 via de lucht mag lozen per patiënt.

Dag Leon,

En wat betekent dat praktisch, ruwweg, qua stralingsbelasting voor een omwonende  benedenwinds van die "schoorsteen", vergeleken met iemand bovenwinds (gesteld dat de wind het hele jaar dezelfde kant op waait, worst case)? 
Geeft dat eigenlijk überhaupt een meetbare verhoging op de natuurlijke achtergrondstraling? 

Groet, Jan

Hallo Jan,

Om dosisberekeningen voor een stralingsdeskundige eenvoudiger te maken bestaan er allerlei zogenaamde dosisconversiecoëffiënten (DCC's). De inerte edelgassen zoals argon hebben een verwaarloosbare interactie met de ademhalingswegen en worden na inhalatie direct weer uitgeademd (normaal gesproken vindt depositie in de longen plaats en wordt de activiteit via het bloed getransporteerd naar de rest van het lichaam). Bij de edelgassen is er dus eigenlijk geen sprake van inwendige besmetting. De blootstelling wordt gedomineerd door de externe bestraling ten gevolge van de aanwezige radioactiviteit in de lucht. Dit wordt submersie genoemd.

De DCC voor submersie voor Ar-41 is 2,2·10^-10 Sv/h per Bq/m³ (ref. Handboek Radionucliden van A.S. Kerverling Buisman). Op het moment dat de activiteit het lozingspunt verlaat zal het volume waarover de activiteit verdeeld wordt snel toenemen. Laten we eens conservatief aannemen dat omwonenden op slechts 50 m afstand van het lozingspunt wonen en dat het volume van de radioactieve Ar-41 wolk 1000 m³ is (en zeer waarschijnlijk heel wat meer dan 1000 m³ aangezien de volumieke activiteit al aardig verdund bij het lozingspunt aankomt). Dan is de volumieke activiteit, uitgaande van 8 GBq, 8 MBq/m³. Het dosistempo in de wolk is dan 2,2·10^-10 x 8·10⁶ = 1,8·10^-3 Sv/h = 4,9·10^-7 Sv/s = 0,49 µSv/s. Als gevolg van de wind zal de blootstellingstijd beperkt blijven, laten we zeggen max 10 s. Dan is de stralingsbelasting circa 5 µSv (1 uur vliegen op 11 km hoogte) in een jaar worst worst case gezien. Met andere woorden, zelfs in worst case scenario is de blootstelling benedenwinds te verwaarlozen, bovenwinds is die blootstelling 0.

groeten, Leon



 

Kijk, dat is fijn om te horen. Voor mij omdat ik het dan toch niet zo verkeerd had "geanalyseerd", ook fijn voor omwonenden die zoals ik al dacht gerust kunnen slapen.

Wat ik me dan wel afvraag is waarom daar dan van die ingewikkelde vergunningen voor nodig zijn, met eenheden die zelfs voor een geïnteresseerd natuurkundedocent  niet vlot begrijpelijk zijn. Voor mij lijkt het erop dat de stralingswereld, met alle respect voor de ongetwijfeld aanwezige deskundigheid, een heel klein wereldje is waarin toenemend een heel eigen taal wordt gesproken. Nood aan een ambassade met een afdeling "tolken". 

Dat radio-activiteit ongerustheid oproept is begrijpelijk. Dat dan niet de moeite wordt genomen om omwonenden even in lekentaal uit te leggen dat er feitelijk niks aan de hand is, (reken het om in banaan-equivalenten voor mijn part) vind ik minder begrijpelijk. Als er ergens bomen gekapt gaan worden, of een rondweg aangelegd, dan zijn er buurtavonden. Komt er een protonstralings-installatie met een lozingsvergunning van 8 GigaBq/jr aan de overkant te staan, dan niet. 

Enfin, hartelijk bedankt voor het verlossende woord. 

Groet, Jan

Nog zo'n activiteit per tijdseenheid , ditmaal Bq/s , in het kader van potentiële ongelukken met de kerncentrales bij Enerhodar in Ukraïne.