Hvor højt er niveauet for gammastråling i Danmark?

Hej Spørg om Fysik
Jeg kunne godt tænke mig at vide niveauet for gammastråling i den naturligt forekommende baggrundsstråling på en almindelig vej i en almindelig by i Danmark.

Jeg har selv en detektor, som er lavet af en hobbyist, og som måler gammastråling filtreret igennem et aluminiums-kabinet. Jeg har samlet lidt data over de sidste par dage, som giver mig 20-23 Bequels (counts per minute) og en dose, efter geiger-moeller-rørets karakteristik, kan estimeres til ca. 0,15 uSv/t.

Hvor tæt ligger disse målinger på en kalibreret detektors?

Kan I eventuelt henvise mig til online dataopsamling om strålingsmåling i Danmark?

Med venlig hilsen
M B

Baggrundsstrålingen kommer fra flere forskellige kilder. Der kommer især stråling partikler fra solen, der er med til at danne nordlys når de opfanges i jordfeltet. Og der kommer også stråling ude fra det øvrige rum, både partikler og elektromagnetisk stråling.

Stråling fra kloden: Der kommer stråling fra de radioaktive stoffer i jorden, og der kommer stråling fra radioaktive gasser i luften. Især radon, som er den gas man er bekymrede for i de huse, som ikke har ”tæt bund” imod jordoverfladen. Det kommer sivende op fra de radioaktive stoffer i jorden.

Stråling fra solen: Fra solen kommer der lidt elektromagnetisk stråling. Af partikler kommer der især protoner (ca. 90 %) og resten er normalt He kerner. Strålingen er meget energirig. Der kan være tale om energier på milliarder af elektronvolt.

Når disse partikler trænger ind i den øverste del af atmosfæren, kan de fremkalde hele kaskader af partikler - herunder mesoner, elektroner, neutroner og elektromagnetisk stråling, som også virker hernede som stråling, efter de hurtige partikler har reageret med luftens oxygen og nitrogen. Denne stråling kan være stærkt varierende efter solens aktivitetsniveau.

Kosmisk stråling fra rummet: Den kosmiske stråling, som ikke kommer fra solen, men mælkevejssystemet, er næsten konstant. Strålingen fra rummet kan samlet bevirke kernereaktioner, danne neutroner og skabe radioaktive kerner. En af de godt kendte er kulstof 14 (halveringstid 5760 år), som bruges til datering af genstande som indeholder organiske stoffer. Den har vi naturligvis også i os. Til denne gruppe kan vi også medregne noget af det kosmiske støv, mindst 10 000 tons om året, hvori der findes en del radioaktive stoffer.

Tre radioaktive familier

Fra jordkloden kommer hovedparten af den stråling vi udsættes for. Der er tre radioaktive familier, som var med da jorden blev dannet, og som bidrager endnu, nemlig: Uranfamilien, thoriumfamilien og actiniumfamilien. Der er en mængde stoffer i hver familie, ca. 15 stoffer som medlemmer, som alle er radioaktive (på nær den sidste som enten er en bly- eller en bismuth isotop).

Ud over disse familier, som er tunge stoffer, er der også andre stoffer, som var tilstede ved jordens dannelse, og som endnu er radioaktive. Biologisk er K-40 og Rb-87 af betydning, fordi de kan indbygges i kroppen, så de radioaktive stoffer altså sidder inde i organismen.

K-40 er 0,012 % af det naturlige kalium. En voksen mand indeholder ca. 140 g kalium, så kan man beregne, at aktiviteten vi indeholder er i størrelsesordenen 65 Bq/kg. Rb-87 mængden er ca. 25 % af K-40. dvs. ca. 16 Bq/kg. Et kg jord kan typisk indeholde følgende mængder af tre naturlige radioisotoper: 370 Bq ⁴⁰K (typisk 100-700 Bq), 25 Bq ²²⁶Ra (typiske 10-50 Bq), 25 Bq ²³⁸U (typisk 10-50 Bq) og 25 Bq ²³²Th (typisk 7-50 Bq).

Radioaktive stoffer i luft og vand

I luften er Radon nævnt. Det er et led i de radioaktive familier, og da der er mange hundrede gram af radioaktive stoffer i en kubikmeter havejord, har vi den også i atmosfæren. Især kan der være problemer i uventilerede betonrum, hvor den opsamles indtil henfald, fra sandet i betonen. Udendørs er koncentrationen fra 0,4 – 40 Bq/kubikmeter. Det afhænger af mængden af radioaktivt stof i jorden. Koncentrationen i vand kan være meget stor. I Danmark er størrelsesordenen 1000 Bq/m³.

Desuden er der en række planter f.eks. paranødder, tobak m.fl., som koncentrerer visse radioaktive stoffer i bladene eller frugter. Endeligt føres en del radon ud i atmosfæren ved afbrænding af naturgas, som indeholder stoffet.

Mennesket har også bidraget med stråling

Der var mange atom- og brintbombesprængninger i atmosfæren midt i forrige århundrede, og de har efterladt en del plutonium og csæsium i atmosfæren helt op til 50 km højde + en del radioaktive stoffer på jorden i form af nedfald. Der har været 1517 afprøvninger af A- og B-våben i atmosfæren af stormagterne. Dertil kommer de nyere Indiske, Pakistanske og Nordkoreanske. USSR og USA har ikke afprøvet våben i lufteksplosioner siden 1962, men der har været flere andre aktører. Desuden har der været flere større uheld med atomkraftværker, eller tilsvarende.

F.eks. Kyshtum-ulykken 29/8-1957, uheld på oparbejdningsværk i Ural (USSR), Tremileøen 28/9-1979 kølesystemnedbrud, Pennsylvania (USA), Tjernobyl 26/4-1986, reaktorens eksplosion (USSR) og Fukushima-ulykken 11/3-2011 tsunami ødelægger kølesystemer mm. (Japan). Det årlige dosisækvivalent ligger omkring 2%. De radioaktive stoffer findes naturligvis også i små mængder i vore fødevarer.

Alfa- og Betastråling

Fra radioaktive stoffer (jorden og luften) kommer α-,β- og γ- stråling. Alfastråling er heliumkerner fra ustabile atomkerner (især tunge stoffer). Betastråling er elektroner fra atomkernen (også en del lette stoffer) og gammastråling er overskudsenergi f.eks. efter et henfald, som atomkernen så slipper af på den måde. Fra rummet kan der desuden komme partikler som protoner, som du eventuelt kan måle på din tæller.

Alfastrålingen bevæger sig kun kort i luft. Den standses af få cm luft, og af den døde overhud. Betastrålingen har et bredt energispektrum, og stoppes af et lille antal meter luft, afhængigt af energien. Den trænger ikke langt ind i os, det meste stoppes i underhuden og fedtlaget.

Gammastråling, som er elektromagnetiske bølger i bølgelængdeområdet kortere end ca. 10^-12 m, har stor gennemtrængningsevne. Afhængigt af energien, stort set fra nogle få millimeter til 3 m vand, dvs. også vores krop. En meget stor del af gammastrålingen vil kunne gå igennem os uden skader. Det er den stråling der stoppes eller svækkes, som fremkalder skader bl.a. på DNA.

Detection af stråling

Din tæller vil, afhængigt af tællerrøret (ioniseringskammer, GM-rør, proportionaltæller?) kunne opdage det meste af alfastrålingen, hvis det kan komme ind i røret, og meget betastråling, og 5-10 % af gammastrålingen og røntgenstråling (ioniserende elektromagnetiske bølger). De aktuelle tal afhænger af tællerrørets konstruktion, vægge, gas og gastryk mm.

Røret måler om der sker ionisering inde i røret. I dit tilfælde er det nok protoner, måske beta-stråling, røntgen og gammastråling - men næppe alfastråling. Sker der ionisering, har man på forhånd lagt en rimelig høj spænding over røret - fra nogle hundrede til nogle tusinde volt. Ved ionisering går der et strømstød igennem røret. Det er antal strømstød der måles. Man kan altså få noget at vide om, hvor mange ioniserende partikler, og hvor meget stråling der når ind i røret igennem vægge, men nok ikke noget om energien eller arten af den pågældende stråling. 

Strålingsniveau i Danmark

I Danmark er strålingsniveauet fra den kosmiske stråling stort set konstant: omkring 0,32 mSv pr. år. Strålingen fra undergrunden er stærkt afhængig af bopælen, f.eks. er Bornholm høj. Sandarealer har et lavt strålingsniveau. 

Niveauet eksternt udendørs er omkring 0,02 mSv/år, indendørs omkring 0,30 mSv/år. Fødevarer internt  0,36 mSv/år, indånding udendørs 0,06 mSv/år, indendørs 1,9 mSv/år. I fly i 12 km højde 5 µSv/time. Den eksterne stråling fra jorden varierer ca. med en faktor 3 her i landet, afhængigt af bopælen.

I drikkevand er der på Bornholm et dosisækvivalent på 0,37 mSv/år. I resten af Danmark er det omkring 0.008 mSv/år. Radon giver dosisækvivalentet 1,9 mSv/år.

Mange af ovennævnte tal er taget fra Steen Hoe og Leif Sarholt-Kristensen: Stråling og miljø, Borgens forlag 1989, som kan anbefales indenfor området.

Det generelle svar på spørgsmålet er, at det svar kan først gives ved detaljeret kendskab til jeres målekammers konstruktion, materialet i rørvægge og elektroder, dødtid, tællerens elektronik, og nok bedst efter afprøvning med kendte kalibrerede strålingskilder. Ud fra beskrivelsen kan der ikke siges noget præcist.

Med venlig hilsen
Malte Olsen