1. Introduktion och bakgrund
1.5 Bakgrund
1.5.1
Strålning från bergmaterial
Allt byggmaterial som tillverkas av bergmaterial kan innehålla naturligt radioaktiva ämnen, såsom uran (U), radium (Ra), torium (Th) och kalium (K). Alla dessa grundämnen bidrar till gammastrålning i miljön.
Uran och torium kan även bidra till ädelgasen radon. Främst uran kan avge ansenligt med radon (Rn-222).
I Sverige finns väl dokumenterat berggrund med kända områden av förhöjd strålning och radioaktiva bergarter. (Figur A, Bilaga 1) Strålningen beror på bergartens mineralsammansättning. Bergarter med hög halt av radioaktiva ämnen består ofta av granitiska och pegmatitiska bergarter. Den mest kända uran fyndigheten i Sverige är dock den sedimentära Alunskiffern som påfinnes annat ibland Västergötland.
Halterna av radioaktiva ämnena varierar i olika bergarter. (Tabell 2) Industriella bi-produkter från bergmaterial såsom; (i) gips, (ii) masugnsslagg och (iii) kolflygaska som används för tillverkning av byggmaterial, kan också innehålla höga halter av radioaktiva ämnena (EC, 1999, Tabell 3).
Tabell 2. Halter av uran, torium, kalium och aktivitetsindex i exempelbergart i Sverige. – SGU,2015
8 Flygaska används i först hand för att få bättre
konsistens på betong, men också omtyckt inom branschen för att minska den GWP (global warming potential) faktorn i användet av EPD ( Environment produkt declaration). Cement (klinker) ger stora CO2 utsläpp vid tillverkning. Försök pågår på nya
bindemedelskombinationer i betong med att minska klinker andel i cement och öka tillsatsmaterial som flygaska och massugnsslagg .
Inom ramen för examensprojektet undersöktes två bergarter. Den ena från ett känt område med mycket förhöjd strålning, den andra från en bergtäkt
producerande betongballast, (Figur B).
Flygaska och cement analyserades också för halter av radioaktiva ämnen och gammastrålning.
Nyproducerad betong baserad på de utvalda ballasttyperna, analyserades med avseende på gammastrålning och radongasavgång. Resultaten presenteras i Kapitel 3.
1.5.2 Strålning från byggmaterial
Alunskifferbaserad lättbetong kallas också för blåbetong och tillverkades i Sverige mellan 1929 och 1975. Gammastrålning i hus där alla väggar och bjälklag består av blåbetong kan uppnå en strålning kring 1.2 µSv/h. Är luftomsättningen låg (kring 0,2 oms/h) i sådant hus kan radonavgång från blåbetong ge radonhalter inomhus runt 800 Bq/m3
,
(Clavensjö &Åkerholm, 2004).
Hur mycket gammastrålning som byggmaterialet bidrar med till den färdiga byggnaden beror dels på vilket koncentration av radioaktiva ämnena materialet har, och dels på i vilken omfattning materialet
används. Materialets densitet och tjocklek har också en avgivande betydelse (EC,1999)
Dämpning av gammastrålningen sker i materialet av sig självt. I en studie av Döse m.fl. (2015) ser man att aktivitetsindex för betong hamnade 16–19% lägre än aktivitetsindex för det ingående ballastmaterialet, (Jelinek & Eliasson,2015).
Vid bland annat mätning av gammastrålning i
byggmaterial, kan man använda gammaspektrometer.
Gammaspektrometer kan indirekt ta reda på halter av radioaktiva ämnen, om det är uran/radium (Ra-226)
torium (Th-232) eller kalium(K-40) som är orsak till gammastrålningen. Detta används för att beräkna specifika aktivitets koncentration (Bq/kg) i materialet, och bedömning av risken för förhöjd radonavgång (Bq/m3). För mätteknik, se Kapitel 2 Metodik
Figur A. Område med kända radioaktiva bergarter, granitiska och pegmatitiska bergarter i urberget (brunt) och alunskiffer (mörkgrönt). Figur B. Uranhalt flygmätt längs markytan, (SGU, 2015). Bergtäkt där material används för analys inringat med svart cirkel, 1. Vändle, 2. Gladö.
Tabell 3. Halter av radioaktivt ämne (Bq/kg) i byggmaterial inom EU – RP112
9
1.5.3 Joniserande strålning
När radioaktiva ämnen sönderfaller avges joniserande strålning, alfa (α), beta (β) eller gammastrålning (ϒ).
Strålning har olika räckvidd och genomträngningsförmåga. Alfastrålningen stoppas av yttersta hudskiktet, men ger stor stråldos när de befinner sig i kroppen. β -strålning kan ge skador på ytliga organ som ögats lins. Gammastrålning från ett radioaktivt ämne utanför kroppen kan träffa alla vävnader och celler inuti kroppen. (Figur C, Bilaga 2)
Gammastrålning från byggmaterial kan ge extern och intern exponering till de som vistas i byggnaden.
Alfa och betastrålning kan i första hand skada människan med intern exponering om ämnet kommer in i kroppen genom inandningsluft, livsmedel och dricksvatten. Radon (Rn) är det vanligaste alfastrålande grundämnet som kan komma in i kroppen.
1.5.4 Radon
Radonhalterna i inomhusluft varierar beroende på berggrund och jordlager byggnaderna står på.
Dessutom beror det av byggnadskonstruktion och byggnadsmaterialen som används. Luftomsättningen har också stor betydelse för radonhalten i inomhusluften.
De nordiska länderna har relativt höga radonhalter inomhus. (Tabell 4) I Sverige är medelvärde på radonhalten i bostäder på 108 Bq/m3, Finland 123 Bq/m3, Norge 75 Bq/m3, och Danmark 47 Bq/m3. I genomsnitt är den naturliga stråldosen i Sverige 3.0 mSv/år.
Radon anses vara den största bidragande orsaken med 1.9 mSv/år från inomhus miljön.
(Strålskyddsmyndigheterna i Danmark, Finland, Island, Norge och Sverige- Flaggboken, 2000).
Enligt, Radonboken (Clavensjö & Åkerholm, 2014) är radonavgång i betong 2-20 Bq//m2ℎ med radiumhalt 20–200 Bq/kg.
Figur C. Typ av joniserande strålning och olika genomträngningsförmåga – Grafik: SSI (Bilaga 2)
Tabell 4. Årlig naturlig stråldos i nordiska länder (mSv/år) och medelvärde radonhalt i bostäder (Bq/𝐦𝟑) - Flagboken 2000
Källa Finland Sverige Danmark Norge Island Berggrund och
10 Sönderfallskedjan
Radon (Rn) är radioaktiv ädelgas och bildas när det radioaktiva ämne radium (Ra) sönderfaller.
Radium(Ra-226) bildas i sönderfallserien från uran och torium. Radon sönderfaller med α- strålning till nya radioaktiva grundämnen så kallade radondöttrar-” kortlivade radondöttrar” (218Po,214Pb,214Po,218Po) och ”Långlivade radondöttrar” (210Pb,210Bi, 210Po). Radondöttrar är små laddade partiklar av radioaktiva tungmetaller – bly, vismut och polonium. Slutprodukter i sönderfallskedjan är en stabil isotop av bly-206 (Tabell5).
Radon och toron
Olika typer av radonisotoper bildas när materialet innehåller ett radioaktivt ämne, såsom uran eller torium. Radon -222 (radon) som bildas från uran-238/radium-226 sönderfallsserien anses mer skadligt, än radon-220 (toron) från torium-232. Detta beror på att radon-222 har halveringstid på 3.8 dygn, medan toron har halveringstid på 55sek, (Tabell 6). Den tid det tar för en radioaktiv isotop att sönderfalla till hälften av sin ursprungliga koncentration kallas för halveringstid.
Hälsorisk med radon
Hälsoriskerna med radon beror på att radon och radondöttrar följer med inandningsluften till luftrör och andningsceller(alveoler) i lungorna, (Figur D). Det är dessa radondöttrar som gör radon så skadligt med avgivande av α-strålning.
Strålningen som ett radioaktivt ämne avger vid sönderfallet orsakar skador som kan leda till cancer. (Figur E) Radioaktiva bly-210 som bildas under radon-222 kan ge β-strålning med halveringstid på 22.3år.
Polonium-210 kan ge α-strålning med halveringstid på 138.4dygn.
Tabell5. Sönderfallskedja för uran-238 och radon-222
Isotop Halveringstid Huvudsaklig
strålning Polonium-210 (Po) 138.4dygn α Bly-206 (Pb) Stabil, ej radioaktiv
Tabell6. Sönderfallskedja för torium-232 och Radon-220 Isotop Halveringstid Huvudsaklig
strålning
Bly-208 (Pb) Stabil, ej radioaktiv
* Rn-220 även kallad toron.
**Halter av uran-238 och torium-232 mäts indirekt med gammaspektrometer genom omräkning av
gammastrålningen från vismut-214 och tallium-208.
11
1.5.5 Radondöttrar fastnar på partiklar
Radon har ingen laddning och attraheras inte till andra partiklar eller ytor. Däremot har de nybildade radondöttrarna som är laddade tungmetallpartiklar, en stor benägenhet att fastna på bland annat damm och andra partiklar i luften eller på andra ytor.
” Resultatet blir en högre halt av radondöttrar i luften i dammiga rum än i ”rena” rum vid en och samma radonhalt.”
(Clavensjö & Åkerblom, 2004).
1.5.6 1Bq = ett sönderfall per sekund
Ett radioaktivt ämnes koncentrations anges med dess aktivitet som mäts i SI-enheten bequerel(Bq). En Bq är ett sönderfall per sekund.
Vid mätning av radonhalter i marken och i bostäder anges bequerel per kubikmeter, Bq/m3
.
1 Bq radon per kubikmeter i luft innebär att det sker ett sönderfall av en radonatom per sekund i varje kubikmeter luft. Vid sönderfallet bildas som nämnts radondöttrarna som också ger alfa strålning.Effekterna är knutna till tid, d.v.s. hur länge man vistas i strålningsmiljon.
Till. ex.: En radioaktiv strålkälla med aktivitetskoncentration av
200Bq/m3(1 m3luft =1,3kg) ger ifrån sig = 200 sönderfall per sekund per m3 = 12 000 sönderfall per minut per m3 = 720 000 sönderfall per timme per m3 Riktvärden för radonhalt i bostäder för allmänna ändamål är enligt Folkhälsomyndigheten, 200 Bq/m3(FoHMFS 2014: 16 ) och gränsvärden för nybyggda bostäder är enligt Boverket,200 Bq/m3(BFS 2011:6). För olika arbetsplatser varierar gränsvärden enligt Arbetsmiljöverket mellan 200 Bq/m3 ,400 Bq/m3(arbete i färdigt bergrum), och 1300 Bq/m3 (underjordsarbete, som berg- och gruvarbete) (AFS 2015:7), (Bilaga 3).
1.5.7 Olika enheter och storheter (Bq, Sv, dos och aktivitetsindex)
Ett radioaktivt ämnes aktivitetskoncentration mäts i Bq (becquerel = sönderfall/sekund) och anger hur mycket strålning en radioaktiv strålkälla ger ifrån sig.
Dos mäts i Sv (sievert = joule/kg) och anger hur mycket strålningsenergi en bestrålad kropp tar upp.
Effektiv dos tar hänsyn till vilken sorts strålning det gäller och vilka kroppsdelar som har bestrålats. Om strålningen kommer från radioaktivt material som man andats in eller svalt tar dosuppskattningen hänsyn till hur länge ämnet stannar i kroppen.
Aktivitetsindex (AI) används för att uppskatta hur mycket gammastrålning som avges från ett material.
Om ett material har aktivitetsindex 1 ger det upphov till en stråldos på 1 mSv/år, utifrån vissa givna förutsättningar på betongtjocklek och densitet.
Figur D. Radon och radondöttrar följer med inandningsluften till luftrör och lungor- SSI, 2017
Figur E. Alfastrålning (svart linje) från radioaktivt ämne i prov av människor som dött av cancer några år efter 1945. OBS! Anses alfasönderfall från 239Pu/
235U - Shichijo K, 2009
12