بررسی پرتوزایی محیطی در کلوخه‌های سنگ آهن شمس‌آباد اراک، ایران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 (مسوول مکاتبات): استادیار گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه اراک، اراک، ایران.

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد فیزیک هسته‌ای، دانشگاه اراک، اراک، ایران.

چکیده

زمینه و هدف: هسته­های پرتوزا در محیط اطراف ما به صورت طبیعی و مصنوعی وجود داشته و همه انسان­ها خواسته یا ناخواسته در معرض تابش­های هسته­ای قرار دارند. مقدار هسته­های پرتوزا درمحیط بستگی به نوع خاک، سنگ و شرایط جغرافیایی دارد. یکی از راه­ های انتقال مواد پرتوزا به محیط­های مسکونی استفاده از مواد معدنی برای تولید محصولات مورد نیاز بشر می­باشد. بنابراین مطالعه پرتوزایی معادن از اهمیت خاصی برخوردار است.
روش بررسی: در این پژوهش 12 نمونه سنگ آهن از معدن شمس­آباد اراک مورد مطالعه قرار گرفتند. نمونه­ها بعد از جمع­آوری از محیط، به روش تصادفی و بر مبنای رنگ در آزمایشگاه کانی شناسی مورد شناسایی قرار گرفته و نوع کانی و ترکیب آن­ها مشخص گردید. فعالیت ویژه هسته­های پرتوزای طبیعی با استفاده از روش بیناب­نمایی گاما و با استفاده از آشکارساز فوق خالص ژرمانیومی (HPGe) مدل GCD30195 با بازدهی نسبی 30% تعیین گردید. مقدار فعالیت معادل رادیوم، شاخص خطرپذیری داخلی و خارجی و آهنگ دوز جذبی برای کلیه نمونه­ها محاسبه شد.
یافته‌ها: فعالیت ویژه هسته های پرتوزای 226Ra، 232Th و 40K بر حسب Bqkg-1 در این نمونه­ها به ترتیب از : 53/0±39/9 تا 84/1±7/271، 68/1> تا 22/1±98/60 و 14/2±34/25 تا 47/6±03/800 تغییر می­کنـد.  میزان آهنگ دوز جذبی در نمونه­ها بر حسب nGyh-1 از 56/6 تا 81/136 متغیر می­باشد. هم­چنین میزان شاخص خطرپذیری داخلی و خارجی در نمونه­های به ترتیب از : 06/0 تا 53/1 و 03/0 تا 80/0 به دست آمد.
بحث و نتیجه‌گیری: بیشینه فعالیت معادل رادیوم  Raeq در نمونه لیمونیت به میزان Bqkg-180/296 به دست آمد که پایین­تر از حداکثر میزان مجاز اعلام شده (Bqkg-1370) می­باشد.شاخص خطرپذیری داخلی و خارجی برای کلیه نمونه­ها به استثنای سنگ آهن لیمونیت با کد L2 کمتر از حداکثر میزان مجاز می­باشد. استفاده از موادمعدنی این معدن خطری برای کارکنان و مصرف کنندگان بعدی ایجاد نمی­کند.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره نوزدهم،ویژه نامه شماره4، بهار1396

 

بررسی  پرتوزایی محیطی در کلوخه­های سنگ آهن شمس­آباد اراک، ایران

رضا پورایمانی [1]*

r-pourimani@araku.ac.ir

حمیدرضا عظیمی[2]

تاریخ دریافت: 25/05/1393

تاریخ پذیرش:18/12/1393

چکیده

زمینه و هدف: هسته­های پرتوزا در محیط اطراف ما به صورت طبیعی و مصنوعی وجود داشته و همه انسان­ها خواسته یا ناخواسته در معرض تابش­های هسته­ای قرار دارند. مقدار هسته­های پرتوزا درمحیط بستگی به نوع خاک، سنگ و شرایط جغرافیایی دارد. یکی از راه­ های انتقال مواد پرتوزا به محیط­های مسکونی استفاده از مواد معدنی برای تولید محصولات مورد نیاز بشر می­باشد. بنابراین مطالعه پرتوزایی معادن از اهمیت خاصی برخوردار است.

روش بررسی: در این پژوهش 12 نمونه سنگ آهن از معدن شمس­آباد اراک مورد مطالعه قرار گرفتند. نمونه­ها بعد از جمع­آوری از محیط، به روش تصادفی و بر مبنای رنگ در آزمایشگاه کانی شناسی مورد شناسایی قرار گرفته و نوع کانی و ترکیب آن­ها مشخص گردید. فعالیت ویژه هسته­های پرتوزای طبیعی با استفاده از روش بیناب­نمایی گاما و با استفاده از آشکارساز فوق خالص ژرمانیومی (HPGe) مدل GCD30195 با بازدهی نسبی 30% تعیین گردید. مقدار فعالیت معادل رادیوم، شاخص خطرپذیری داخلی و خارجی و آهنگ دوز جذبی برای کلیه نمونه­ها محاسبه شد.

یافته‌ها: فعالیت ویژه هسته های پرتوزای 226Ra، 232Th و 40K بر حسب Bqkg-1 در این نمونه­ها به ترتیب از : 53/0±39/9 تا 84/1±7/271، 68/1> تا 22/1±98/60 و 14/2±34/25 تا 47/6±03/800 تغییر می­کنـد.  میزان آهنگ دوز جذبی در نمونه­ها بر حسب nGyh-1 از 56/6 تا 81/136 متغیر می­باشد. هم­چنین میزان شاخص خطرپذیری داخلی و خارجی در نمونه­های به ترتیب از : 06/0 تا 53/1 و 03/0 تا 80/0 به دست آمد.

بحث و نتیجه‌گیری: بیشینه فعالیت معادل رادیوم  Raeq در نمونه لیمونیت به میزان Bqkg-180/296 به دست آمد که پایین­تر از حداکثر میزان مجاز اعلام شده (Bqkg-1370) می­باشد.شاخص خطرپذیری داخلی و خارجی برای کلیه نمونه­ها به استثنای سنگ آهن لیمونیت با کد L2 کمتر از حداکثر میزان مجاز می­باشد. استفاده از موادمعدنی این معدن خطری برای کارکنان و مصرف کنندگان بعدی ایجاد نمی­کند.

واژه­های کلیدی: 226Ra، 232Th، 40K، سنگ آهن، آشکارساز HPGe.

 

J.Env. Sci. Tech., Vol 19, Special No.4, Spring 2017

 

 

 

 

 


Investigation of environmental radioactivity in Iron ore of Shams Abad in Arak, Iran

 

Reza Pourimani[3]*

r-pourimani@araku.acir

Hamid Reza Azimi [4]

 

Abstract

Background and Objective: There are natural and artificial radionuclides in the environment, and the humans, wanted or unwanted, are exposed to nuclear radiation.Amount of radionuclides in the environment depends on soil type, rock and geographical situation. One of the ways for radionuclides transfer tohumans is application of inorganic material for production of necessary products. Thereforestudy of radioactivity of mines is very important.     

Method: In this research, 12 samples of Iron Ore of Shams Abad Iron mine have been studied. The samples were collected randomly according to color and identified type of composition in a mineralogy laboratory. The specific activities of natural radionuclides were determined using gamma ray spectrometry method, employing a high purity germanium detector (HPGe) model GCD30195 with 30% relative efficiency. Radium equivalent (Raeq), internal and external hazard indices (Hin and Hex), internal and external annual absorbed dose and absorbed dose rate for all samples were calculated.

Conclusion: The activity concentration of 226Ra, 232Th and 40K in these samples varied from 9.39±0.53 to 271.70±1.84, <1.68 to 60.98±1.22 and 25.34±2.14 to 800.03±6.47 in Bqkg-1 respectively. Raeq, Hin, Hex and absorbed dose rate were calculated for all samples. The maximum Raeq was obtained to be 296.80 Bqkg-1 in limonite samples, which is lower than permissible values (370Bqkg-1). The absorbed dose rate in samples was calculated and varied from 6.56 to 136.81 in nGyh-1. Hin and Hex of samples were obtained to be in the range of 0.06 to 1.53 and 0.03 to 0.80 respectively. In all samples, except for limonite specimen, Hin and Hex are lower than 1 which shows no consequences for people health. 

Keywords: 226Ra, 232Th, 40K, Iron Ore, HPGe detector.

 

مقدمه

 

هسته­های پرتوزا در محیط اطراف ما به صورت طبیعی و مصنوعی وجود داشته و همه انسان­ها خواسته یا ناخواسته در معرض این پرتوها قرار می­گیرند. تابش­های هسته­ای بالقوه برای موجودات زنده و از جمله انسان­ها مضر هستند (1). یکی از مهم­ترین منابع پرتوگیری خارجی، پرتوهای گامای حاصل از واپاشی سری­های اورانیوم، توریم و ویژه هسته­های منفرد نظیر پتاسیم40 می­باشد. این ویژه هسته­های پرتوزا و دختران آن­ها در خاک، سنگ، آب، مواد ساختمانی و غیره یافت می­شوند. این ویژه هسته ها از بدو شکل­گیری کره زمین وجود داشته و برحسب نوع خاک، سنگ و یا منطقه جغرافیایی، مقدارشان متفاوت است (2). مقدار میانگین 238U در پوسته زمین به میزان 6/2 میلی­گرم بر کیلوگرم تخمین زده شده است که ممکن است مقدار آن در سنگ­های فسفاته به بالاتر از 120 میلی­گرم بر کیلوگرم هم برسد. در حالی که مقدار میانگین 232Th در حدود 6/9 میلی­گرم بر کیلوگرم برآورد گردیده است (3). برای کاهش اثرات نامطلوب این پرتوها بر بدن، ابتدا باید انواع پرتوهای هسته­ای و راه­های ورودشان به بدن را شناخته و سپس روش­های حفاظت در برابر پرتوگیری داخلی و خارجی را پیدا کرد. امروزه آهن و آلیاژهای آن، یکی از مهم­ترین و پرکاربردترین عناصر در زندگی انسان­ها بوده و بررسی میزان مواد پرتوزا در معدن و محصولات تولید شده از آن در سایر صنایع وابسته و نیز از نقطه نظر سلامتی افراد شاغل در فرآیند استخراج از معدن تا تولید آهن و مصرف کنندگان آن از اهمیت بسیار زیادی برخوردار هستند. از لحاظ نظریه­های زمین شناسی فرآیند تغلیظ مواد پرتوزا از هماتیت به لیمونیت نیز حایز اهمیت می­باشد. در حال حاضر میزان ذخایر سنگ آهن موجود در کل معادن جهان بالغ بر 800 میلیارد تن تخمین زده شده است که از این مقدار سنگ آهن،230 میلیارد تن آهن خالص استحصال می­گردد (4). امروزه در جهان معادن زیادی در حال استخراج بوده و انبوهی از کارگران و مهندسین در آن­ها مشغول به کار می­باشند. لذا ضروری است که معادن با توجه به نوع کانی­های موجود در آنها مورد مطالعه جدی قرار گیرند و با عنایت به نظریه زمین شناسی تغلیظ رادیوایزوتوپ­ها در آن­ها مشخص گردد. از طرفی ضروری است که فرآیند انتقـال مواد پرتوزا از معـدن به محصولات نهایی نیز مورد مطالعـه قرار گیرد. معدن سنگ ­آهن شمس­آباد اراک در 56 کیلومتری جنوب­شرقی شهرستـان اراک در استان مرکزی با ذخیره 50 میلیون تن سنگ آهن به صورت روباز در حال بهره­بـرداری می­باشد. مواد استخراجی این معدن، با دانه­بنـدی 0 تا 8 میلی­متر در صنایع ذوب آهن اصفهـان و به صورت کلوخه در کارخانجات سیمان کشور و نیز صادرات به کشورهای جهان دارای جایگاه ویژه­ای بوده و بنابراین تعیین میزان فعالیت ویژه هسته­های پرتوزای موجود در آن از نقطه نظر محیط زیست و سلامت افراد جامعه و کارگران شاغل دارای اهمیت زیادی است. مهم­ترین کانی­های سنگ آهن این معدن هماتیت، گوتیت، لیمونیت و سیدریت بوده و مقدار اورانیوم، توریم و پتاسیم در سنگ آهن اساساً به نوع کانی­های موجود در آن، موقعیت زمین­شناسی و جغرافیایی منطقه، نوع خاک و سنگ آن بستگی دارد (5). این مطالعات به منظور تعیین فعالیت ویژه هسته­های پرتوزا و نوع آن­ها و تأثیر آن بر محیط زیست، افراد ساکن در منطقه و کاربران محصول نهایی انجام شد. این تحقیق شامل شناسایی منطقه، تعیین نقاط نمونه­برداری و آماده­سازی نمونه­ها، بیناب­نگاری و در پایان تجزیه و تحلیل بیناب­های به­دست آمده می­باشد.

روش بررسی

معرفی منطقه تحت بررسی

محدوده مورد مطالعه در عرض جغرافیایی '47 °33 شمالی و طول جغرافیایی '42 °45 شرقی شامل یک رشته کوه با ارتفاع نسبی 160-150 متر از سطح محلی و 2515-2300 متر از سطح دریا با مساحت تقریبی 6 کیلومترمربع قرار دارد. موقعیت جغرافیایی معدن سنگ آهن شمس­آباد اراک در شکل (1) نمایش داده شده است.

 

 

 

شکل1- موقعیت جغرافیایی معدن سنگ آهن شمس آباد اراک

Figure 1– Geographical location of Iron ore of Shams Abad of Arak

 

 

در این منطقه سولفورهای آهن کمتر است و اکسیدهای آهن منگنز بخش اعظم این کانسار را تشکیل می­دهد. بخش­های عمده آهن­دار این معدن حاوی ترکیبات لیمونیت، هماتیت و گوتیت هستند و در پاره­ای از بخش­ها بلورهای پیریت به صورت بافت افشان نیز دیده می­شوند که با حفظ شکل بلورین خود به لیمونیت تبدیل شده­اند. عیار آهن در محدوده این کانسار بین 86/40% تا 9/54% متغیر است (5).

نمونه­برداری و نمونه­سازی

در این تحقیق تعداد 12 نمونه سنگ به وزن تقریبی هر یک 3 کیلوگرم به طور تصادفی بر مبنای رنگ ظاهری از نقاط مختلف معدن جمع­آوری گردید. مقدار معینی از نمونه­ها پس از انتقال به کارگاه نمونه­سازی دانشگاه اراک با استفاده از دو نوع آسیاب فکی و گلوله­ای خرد و سپس به منظور تهیه نمونه یکنواخت از
مش شماره 50 عبور داده شدند (6). پودرهای آماده شده در کوره با دمای 200 درجه سانتی­گراد به مدت 6 ساعت خشک گردیدند. سپس نمونه­ها در ظروف استاندارد مارینلی­بیکر[5] با حجم cc800، قطر خارجی 14 سانتیمتر، ارتفاع خارجی 11 سانتی­متر، قطر داخلی 10 سانتیمتر و ارتفاع داخلی 5/7 سانتی­متر با وزن خالص 950 گرم بسته­بندی و به منظور جلوگیری از خروج گاز رادون، حاصل از واپاشی زنجیــره اورانیوم و توریم و برقراری تعادل پرتوزا میان رادیوم و توریم با دختران­شان، آب­بندی گردیدند. بخشی از نمونه­ها به آزمایشگاه کانی­شناسی دانشگاه صنعتی اراک منتقل و در آن­جا شناسایی نوع کانی و شناسه­گذاری آن­ها انجام شد. اشکال (2 تا 5) تصاویر تعدادی از این سنگ­ها را نشان می­دهد. به­علاوه، در جدول (1) نتایج کانی­شناسی سنگ­های مورد مطالعه آمده است

 

شکل2- نمونه سنگ آهن با ترکیب اصلی لیمونیت

Figure 2- Sample of Iron Ore with limonite as main component

 

 

 

شکل3- نمونه سنگ آهن با ترکیب اصلی هماتیت

Figure 3- sample of Iron Ore with hematite as main component

 

 

 

شکل4- نمونه سنگ آهن با ترکیب اصلی گوتیت و کانی­های فرعی هماتیت و لیمونیت

Figure 4- sample of  Iron Ore with goethite as main component and hematite and limonite as subcomponent

 

 

شکل5- نمونه سنگ آهن با ترکیب اصلی هماتیت و کانی­های فرعی گوتیت و مالاکیت (کربنات مس)

Figure 5- sample of Iron Ore with hematite as main component and goethite and malagite as    subcomponent 

 

جدول 1- نتایج کانی­شناسی نمونه­های تهیه شده از معدن سنگ آهن شمس­آباد اراک

Table 1 – Results of mineralogy of samples from Shams Abad Fe ore of Arak

نام نمونه

شناسه نمونه

کانی­های اصلی

کانی­های فرعی

نمونه شماره 1

H

هماتیت

-----

نمونه شماره 2

H.G.L1

هماتیت

گوتیت و لیمونیت

نمونه شماره 3

L1

لیمونیت

-----

نمونه شماره 4

L2

لیمونیت

-----

نمونه شماره 5

H.G.M

هماتیت

گوتیت و مالاکیت(کربنات مس)

نمونه شماره 6

H.G.L2

هماتیت

گوتیت و لیمونیت

نمونه شماره 7

G.H.L

گوتیت

هماتیت و لیمونیت

نمونه شماره 8

B.G

باریت

گوتیت

نمونه شماره 9

H.G.L.Si1

هماتیت

گوتیت، لیمونیت و سیلیس

نمونه شماره 10

H.G.S

هماتیت

گوتیت و سیدریت

نمونه شماره 11

H.G.Ga

هماتیت

گوتیت و گالن(سرب)

نمونه شماره 12

H.G.L.Si2

هماتیت

گوتیت، لیمونیت و سیلیس

 

 

قبل از بیناب­نگاری نمونه­ها، به منظور برقراری تعادل بین هسته مادر 226Ra و هسته دختر 222Rn نمونه­ها به مدت 50 روز نگه­داری شدند.

بیناب­نگاری نمونه­ها و ارایه نتایج

بیناب­نگاری نمونه­ها و ارایه نتایج با استفاده از آشکارساز فوق خالص ژرمانیومی (HPGe) هم محور از نوع P، با مدل GCD30195 شرکت BSI و بازدهی نسبی 30% و با استفاده از نرم­افزار Lsrmbsi تولید این شرکت انجام شد[7]. برای کاهش تابش­های زمینه، آشکارساز و ظرف­های نمونه در دو لایه حفاظ سربی به ضخامت 10 سانتی­متر و یک لایه مسی به ضخامت 3 میلی­متر قرار گرفتند. اجزاء پرتوهای نرم کیهانی شامل الکترون­ها و فوتون­های کم انرژی به وسیله حفاظ سربی به ضخامت 100 میلی­متر به سطح بسیار پایینی کاهش یافتند. وجود لایه مسی باعث توقف اشعه X ساطع شده از سرب با انرژی keV9/73 در اثر فعل و انفعالات و تأثیرات متقابل آن با تابش خارجی می­شود (7). به منظور کاهش اثر پراکندگی پرتوهای گاما از حفاظ، آشکارساز در مرکز هندسی حفاظ و نمونه بر روی آشکارساز به صورت کلاهک قرار گرفت. قدرت تفکیک این آشکارساز keV95/1 برای خط گامای 60Co با انرژی keV520/1332 و دارای ولتاژ کاری3000 ولت است. مقیاس­بندی انرژی و بازدهی سیستم با استفاده از چشمه­ استاندارد حاوی هسته­های پرتوزای 241Am، 137Cs و 152Eu با فعالیت پرتوزایی مشخص انجام شد. بازدهی مطلق آشکارساز با استفاده از نرم­افزار Gamma vision محصول شرکت Ortec با لحاظ کردن تصحیحات جمع هم فرودی coincidence correction)) و استفاده از گزینه Polynomial برای بازدهی، هم ارز معادله 1 بر مبنای بیناب اشعه گامای ثبت شده، محاسبه گردید (8).

(1)   

در این معادله، e بازدهی آشکارساز در آن انرژی، Ni شمارش خالص زیر قله فتوپیک متناظر با انرژی Ei، Act فعالیت نمونه برحسب Bq،  Pn(Ei)نشان­دهنده احتمال انتشار فوتون با انرژی Ei و t زمان بیناب­نگاری از نمونه برحسب ثانیه است.

منحنی مقیاس­بندی بازدهی برحسب انرژی اشعه گاما در شکل (6) نشان داده شده است. این منحنی با انتقال داده­های به ­دست آمده از نرم­افزار Gama vision برای خطوط گاماهای چشمه­­های استاندار مذکور به Excel و سپس به نرم­افزار Table curve با انتخاب بهترین مقدار R2 (نزدیک به مقدار یک) برای داشتن تصویری از منحنی بازدهی آشکارساز به دست آمد. 

 

 

 

شکل6- منحنی مقیاس­بندی بازدهی آشکارساز  HPGe GCD30195برای پیکربندی استاندارد مارینلی خاکی

Figure 6- Efficiency curve of HPGe GCD30195 for Marineli beaker standard soil container

 

 

تابع جفت شده بر نقاط تجربی با استفاده از نرم­افزار Table Curve تعیین و با معادله چندجمله­ای زیر بیان می­شود:

(2)           y = a + b/x + c/x2 + d/x3 + e/x4

در این معادله، y بازدهی، x انرژی اشعه گاما بر حسب keV، a، b، c، d و e مقادیر ثابتی هستند که در شکل(5) توصیف شده­اند. از کلیه نمونه­ها به مدت 86400 ثانیه بیناب­نگاری به عمل آمد. برای تعیین فعالیت ویژه 226Ra در نمونه­ها، از پرتو گاما با انرژی keV93/351 مربوط به  214Pbو پرتو گاما با انرژی keV31/609 مربوط به 214Bi استفاده شد. برای تعیین فعالیت ویژه 232Th، از دو خط گامای 228Ac یکی با انرژی keV21/911 و احتمال واپاشی 6/26% و دیگری با انرژیkeV97/968 و احتمال واپاشی 4/17% استفاده گردید. فعالیت ویژه 40K از خط گاما با انرژی keV70/1460 تعیین شد. در نهایت برای تعیین فعالیت ویژه 137Cs در نمونه­ها از خط گاما با انرژی keV66/661 استفاده گردید که در همه نمونه­ها پایین­تر از سطح [6]MDA بود. در شکل (7) طیف نمونه لیمونیتی با کد L1 نشان داده شده است.

 

 

شکل7-  طیف حاصل از نمونه L1 با مدت زمان طیف­گیری 86400 ثانیه

Figure 7 – gamma ray spectrum of L1 sample for 86400 s

 

 

 

تحلیل بیناب­های ناشی از هر نمونه به منظور برآورد فعالیت ویژه هسته­های پرتوزای موجود درنمونه­ها، به کمک نرم­افزار Gamma Vision Ortec Software با زیربرنامه ENV32 به عنوان موتور آنالیز و سطح MDA با زیربرنامه Reg. Guide 4.16 Method محاسبه گردیده­اند. در تجزیه و تحلیل تمامی بیناب­ها، تصحیح مربوط به اشعه گامای زمینه، بر اساس بیناب ثبت شده ظرف خالی مارینلی، در شرایط هندسی و زمان یکسان اندازه­گیری، اعمال گردیده است. برای محاسبه فعالیت ویژه از معادله 3 استفاده می­گردد:

(3)                                                                                                         
در این معادله،Act  فعالیت نمونه بر حسب Bqkg-1، Net Area سطح زیر پیک تمام انرژی متناظر با انرژی خاص، e بازدهی آشکارساز در آن انرژی،  [7]B.Rنسبت انشعابی بر حسب درصد، t زمان بیناب­نگاری از نمونه بر حسب ثانیه و m جرم نمونه بر حسب کیلوگرم می­باشد. نتایج محاسبات فعالیت ویژه هسته های پرتوزا در نمونه­های مورد مطالعه در جدول (2) درج شده است.

 

جدول2-  فعالیت ویژه هسته­های پرتوزا در نمونه­های مورد مطالعه معدن سنگ آهن شمس­آباد اراک

Table 2– Specific activities of radionuclides of samples from Shams Abad Fe ore in Arak

شناسه نمونه

Activity Concentration(Bqkg-1)

226Ra

232Th

40K

H

5/0±34/24

52/0±16/6

76/1±85/67

H.G.L1

61/0±92/36

03/1±21/13

73/2±37/134

L1

97/0±92/96

22/1±98/60

47/6±03/800

L2

84/1±7/271

68/1±58/11

38/6±96/102

H.G.M

77/0±23/57

75/0±64/8

92/3±93/186

H.G.L2

54/0±54/25

85/0±28/13

30/3±63/199

G.H.L

13/1±65/91

44/1±86/27

78/4±82/383

B.G

53/0±39/9

68/1>

84/1±02/29

H.G.L.Si1

74/0±3/42

73/0±68/4

03/3±26/87

H.G.S

85/0±39/76

39/1±16/22

55/5±13/509

H.G.Ga

44/0±27/16

88/0±48/7

14/2±34/25

H.G.L.Si2

47/0±87/19

71/0±48/5

70/2±52/87

 

 

برای محاسبه فعالیت ویژه معادل رادیوم (Raeq) که بیانگر اثرات رادیولوژیکی مواد پرتوزا  شامل 226Ra، 232Th و 40K  است از معادله 4 استفاده شده است(9):

(4)   Raeq = ARa + 1.43ATh + 0.077AK

در این معادله، ARa، ATh و AK به ترتیب فعالیت پرتوزایی ویژه 226Ra، 232Th و 40K بر حسب Bqkg-1 هستند.

برای محاسبه آهنگ دوز جذب شده از ویژه هسته­های پرتوزای طبیعی شامل 226Ra، 232Th و 40K در ارتفاع یک متری از سطح خاک و سنگ، از معادله 5 استفاده شده است(10):

(5)                                                                            D(nGyh-1) = 0.462ARa + 0.604ATh + 0.0417AK

برای محاسبه میزان شاخص خطرپذیری پرتوگیری داخلی (Hin) و شاخص خطرپذیری پرتوگیری خارجی (Hex)، به ترتیب از معادلات 6 و 7 استفاده گردیده است[9]:

(6) Hin = ARa/185 + ATh/ 259 + AK/ 4810 £1

(7) Hex = ARa/370 + ATh/259 + AK/4810 £1

مقادیر Raeq، Hin، Hex وآهنگ دوز جذبی(D) برای نمونه­های مورد مطالعه در جدول (3) ارایه شده است. مقادیر مجاز برای  Hinو Hex طبق استاندارد کمیته بین المللی حفاظت در برابر اشعه می­بایست کوچک­تر از یک باشد(9).

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 3- مقادیر Raeq، Hin، Hex به همراه آهنگ دوز جذبی(D) در نمونه­ سنگ­های مورد مطالعه

Table 3 – Quantities of Raeq, Hin, Hex and absorbed dose rate (D) of rocks sample

D(nGyh-1)

Hex

Hin

Raeq(Bqkg-1)

شناسه نمونه

39/0±79/17

00/0±10/0

00/0±16/0

90/0±37/38

H

69/0±63/30

00/0±17/0

00/0±27/0

60/1±15/66

H.G.L1

90/0±97/114

00/0±66/0

00/0±92/0

05/2±72/245

L1

35/1±81/136

00/0±80/0

01/0±53/1

06/3±80/296

L2

59/0±45/39

00/0±22/0

00/0±38/0

35/1±97/83

H.G.M

58/0±14/28

00/0±16/0

00/0±23/0

35/1±90/59

H.G.L2

03/1±17/75

00/0±43/0

00/0±68/0

37/2±04/161

G.H.L

25/0±56/6

00/0±03/0

00/0±06/0

54/0±02/14

B.G

57/0±00/26

00/0±15/0

00/0±26/0

30/1±71/55

H.G.L.Si1

95/0±90/69

00/0±39/0

00/0±60/0

20/2±28/147

H.G.S

57/0±09/13

00/0±07/0

00/0±12/0

34/1±91/28

H.G.Ga

49/0±13/16

00/0±09/0

00/0±14/0

13/1±44/34

H.G.L.Si2

 

 

مقایسه نتایج این تحقیق با مقادیر اندازه­گیری شده در بعضی از کشورهای جهان برای نمونه­های خاک و سنگ در جدول (4) آورده شده است.

بحث و نتیجه­گیری

همان­طور که در جدول (2) مشاهده می­گردد، کمترین مقدار فعالیت ویژه 226Ra، 232Th و 40K برحسب Bqkg-1 به ترتیب با مقادیر 53/0±39/9، 68/1> و 84/1±02/29 در نمونه سنگ حاوی ترکیب اصلی باریت-گوتیت با کد B.G مشاهده می­گردد در حالی­که بیشترین فعالیت ویژه این هسته­های پرتوزا بر حسب Bqkg-1 به ترتیب با مقادیر 97/0±92/96، 22/1±98/60 و 47/6±03/800 در نمونه سنگ حاوی ترکیب اصلی لیمونیت با کد L1 دیده می­شود. فعالیت ویژه 137Cs در تمامی نمونه­ها کمتر از MDA دستگاه بوده و توسط دستگاه قابل شناسایی نبود، زیرا نمونه­ها از عمق معدن و قسمت­های در حال بهره­برداری تهیه شده است، بنابراین انتظار نمی­رود که سزیمی در آن وجود داشته باشد. زیرا سزیم از ایزوتوپ­های مصنوعی بوده و در اثر تست سلاح­های هسته­ای و یا حوادث هسته­ای وارد جو می­شود و از طریق جریان­های جوی مانند باد و باران به نقاط مختلف کره زمین منتقل می­شود و ریزش آن­ها در سطح زمین است (17). این سزیم با گذشت زمان و بر اثر بارندگی به لایه­های عمقی­تر خاک نفوذ می­کند که با توجه به کم بودن بارندگی در نقاط مختلف استان مرکزی و مطالعات انجام شده در مورد نفوذ سزیم، بیشتر از عمق 60 سانتی­متری نفوذ نمی­کند در حالی­که این نمونه­ها از اعماق بیشتر از 10 متر جمع­آوری شده­اند (18).

 

 

 

 

جدول4-  مقایسه نتایج این تحقیق با مقادیر اندازه­گیری شده در بعضی از کشورهای جهان برای نمونه­های خاک و سنگ

Table 4 – Comparison of results of this research with measurements in some countries for soil and rock samples.

نام کشور

Activity Concentration(Bq/kg)

226Ra

232Th

40K

Chittagong  [11] بنگلادش(خاک)

6/34

60

438

Rechna[12] پاکستان(خاک)

6/50

3/62

2/662

Louisiana[13] آمریکا(خاک)

95 - 43

190 - 50

729 - 43

Zacatecas[14] مکزیک(خاک)

23

19

530

Punjab[15] هند(خاک)

35

80

317

Sandur[16]هند(سنگ آهن)

----

54/16

29/25

ایران ( تحقیق موجود)

70/ 271 -  39/9

98/60  -  68/1>

03/800 – 34/25

مقدار میانگین ( تحقیق موجود)

04/64

26/15

82/217

 

 

مقایسه نتایج این تحقیق با نتایج تحقیق مشابه در سایر کشورهای مندرج در جدول (4) نشان داده شده است که مقدار میانگین فعالیت ویژه 232Th و 40K در سنگ­های مورد مطالعه این کار به جز سنگ آهن منطقه سندور هند تقریباً در گستره پایین­تری قرار داشته ولی میانگین فعالیت ویژه 226Ra در نمونه­های این پژوهش در گستره بالاتری قرار دارد. مقدار متوسط جهانی اریه شده توسط UNSCEAR در خاک برای 226Ra،  232Th و 40K بر حسب Bqkg-1 به ترتیب برابر با 35، 30 و 400 می­باشد(19).

در این تحقیق مقدار میانگین 232Th و 40K کمتر و مقدار 226Ra بیشتر از مقدار متوسط جهانی به دست آمده است. هر چند میزان Raeq در نمونه­های لیمونیتی بیشتر از سایر نمونه­ها و کمتر از حداکثر مقدار مجاز (Bqkg-1370) می­باشد، معذالک می­تواند تأثیر زیادی بر محیط زیست داشته و سلامت افراد ساکن و شاغل در معدن  را به مخاطره بیندازد، لذا توصیه می­شود در هنگام استخراج سنگ آهن از معادن، قسمت­هایی که حاوی ترکیبات کمتری از لیمونیت هستند مورد بهره­برداری قرار گیرند و یا این­که در قسمت­های حاوی ذخایر لیمونیت کارگران موارد حفاظتی در برابر پرتوهای یون­ساز به­خصوص استفاده از ماسک را رعایت نمایند. در ضمن می­باید مطالعاتـی در زمینه انتقال مواد پرتوزا به محصول آماده قابل مصرف در صنایع فلزی آهنی و ساختمان­سازی صورت گیرد تا سالم­ترین نوع محصول از نظر سلامت و محیط زیست مشخص گردد.

تشکر و قدردانی

این تحقیق توسط معاونت پژوهشی دانشگاه اراک تأمین مالی گردیده است. بنابراین نویسندگان بر خود لازم می­دانند از معاونت مذکور و هم­چنین از کارشناسان معدن سنگ آهن شمس آباد اراک و کارکنان آزمایشگاه کانی­شناسی دانشگاه صنعتی اراک کمال سپاس­گزاری را داشته باشند.

 منابع

1-      Harb, S., 2004. "On The Human Radiation Exposure as Derived from the Analysis of Natural and Man mad Radionuclides in Soil", Ph.D. Thesis, Hannover University.

2-      El-Arabi, A.M., 2007. "226Ra, 232Th and 40K concentration in igneous rocks from eastern desert Egypt and its radiological implication", Radiat. Meas. 42, 94-100.

3-      Azarvand, B., 2011. "Natural radioactivity in water and its environmental impact", Fourth conference on Environmental Engineering.

4-      توحیدی. ناصر، 1388، فلزات استراتژیک، مواد اولیه و شیوه­های تولید، کارایی و کاربرد، عرضه و تقاضا، درجه بحرانی و آسیب پذیری، دانشگاه تهران.

5-      فرهادی. ر. 1374، مطالعه زمین­شناسی، ژئوشیمی، آنالیز رخساره و ژنز کانسار آهن منگنزدار شمس­آباد اراک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

6-      IAEA- TECDOC- 360, 2003. "Collection and Preparation of bottom sediment samples for analysis of radionuclides an trace element". International Atomic Energy Agency, VIENNA.

7-      ANSN42.14, 1999. "American National Standard for Calibration and use of Germanium Spectrometers for the Measurement of Gamma Ray Emission Rates of Radionuclides", USA.

8-      [8] Kertz, R., 1983. "Distribution of natural and anthropogenic radionuclides in Soil and Beach Sand Samples of Kalpakam(India) using hyper pure germanium(HPGe) gamma ray spectrometry Symbol for rock-forming minerals" , Appl, Radiat, Isot, 57, 109-119, Am. Miner, 65 277-279.

9-      Beretka, J., Mathew, P. J., 1985. "Natural radioactivity of Australian building materials, industrial wastes and by-products", Health Phys, 48, 87–95.

10-  UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation), 2008. "Exposure from natural sources of radiation", United Nations, New York.

11-  Kabir, K. A., Islam, S. M. A,, Rahman, M. M., 2009. "Distribution of Radionuclides In Surface Soil And Bottom Sediment In The District of JESSORE, BANGLADESH and Evaluation of Radiation Hazard", Journal of Bangladesh Academy of Sciences, Vol 33, No.1, 117-130.

12-  Jabbar, A., Arshed, W., Bhatti, A. S., Ahmad, S. S., Akhter, P., 2010. "Measurement of soil radioactivity levels and radiation hazard assessment in southern Rechna interfluvial region, Pakistan", Environmental Monitoring and Assessment, Volume 169, Issue 1-4, pp 429-438.

13-  Delaune, R. D., Jones, G. L. & Smith, C. J., 1986. "Radionuclide concentration in Louisiana Soils and Sediments", Health Physics, 51, 239-244.

14-  Noordin, I., 1999. "Natural activities of 238U, 232Th, and 40K in building materials", Journal of Environmental Radioactivity, 43, 255-258.

15-  Mehra, R., Singh, S., Singh, K., Sonkawade, R., 2007. " 226Ra, 232Th and 40K Analysis in soil samples from some areas of Malwa region, Punjab, India using gamma ray spectrometry", Environmental Monitoring and Assessment, Volume 134, Issue 1-3, pp 333-342.

16-  Kerur, B. R., Rajeshwari, T., Anilkumar, S., Narayani, K., Rekha, A. K., 2011. "Gamma spectrometric Analysis of ore samples from Sandur of Bellary, Karnataka, India", Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, DOI 10.1007/s10967-011-1599-4.

17-  Kannan, V., Rajan, M. P., Iyengar, M. A. R., Ramesh, R., 2002. "Natural Radioactivity of Soil Samples in some high level Natural Radiation areas of Iran, In Radiation Doses and Health Effects", Proceeding of 4th International Conference on High Level of Natural Radiation; Beijing; China, 21-25 October 1996, Amsterdam; Elsevier; 1997b:129-132.

18-  Pourimani, R., Mazloom Shahraki, M., 2013. "Influence of different soil's parameters on the penetration of 137Cs", Iranian Journal of Physics Research, Vol. 13, No. 3.

19-  UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation), 2000. "Effects and Risks of Ionizing Radiation & Exposure from natural sources of radiation", United Nations, New York.

 

 



1*-  (مسوول مکاتبات):  استادیار گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه اراک، اراک، ایران.

2- دانش آموخته کارشناسی ارشد فیزیک هسته­ای، دانشگاه اراک، اراک، ایران.

1- Assistant  professor, Department of Physics, Faculty of Science, Arak University, Arak, Iran.* (Corresponding Author)

2- MSc of Nuclear Physics, Arak University, Arak, Iran.

[5]-Marinelli Beaker

[6]-Minimum Detectable Activity

[7]-Branching Ratio

1-      Harb, S., 2004. "On The Human Radiation Exposure as Derived from the Analysis of Natural and Man mad Radionuclides in Soil", Ph.D. Thesis, Hannover University.

2-      El-Arabi, A.M., 2007. "226Ra, 232Th and 40K concentration in igneous rocks from eastern desert Egypt and its radiological implication", Radiat. Meas. 42, 94-100.

3-      Azarvand, B., 2011. "Natural radioactivity in water and its environmental impact", Fourth conference on Environmental Engineering.

4-      توحیدی. ناصر، 1388، فلزات استراتژیک، مواد اولیه و شیوه­های تولید، کارایی و کاربرد، عرضه و تقاضا، درجه بحرانی و آسیب پذیری، دانشگاه تهران.

5-      فرهادی. ر. 1374، مطالعه زمین­شناسی، ژئوشیمی، آنالیز رخساره و ژنز کانسار آهن منگنزدار شمس­آباد اراک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

6-      IAEA- TECDOC- 360, 2003. "Collection and Preparation of bottom sediment samples for analysis of radionuclides an trace element". International Atomic Energy Agency, VIENNA.

7-      ANSN42.14, 1999. "American National Standard for Calibration and use of Germanium Spectrometers for the Measurement of Gamma Ray Emission Rates of Radionuclides", USA.

8-      [8] Kertz, R., 1983. "Distribution of natural and anthropogenic radionuclides in Soil and Beach Sand Samples of Kalpakam(India) using hyper pure germanium(HPGe) gamma ray spectrometry Symbol for rock-forming minerals" , Appl, Radiat, Isot, 57, 109-119, Am. Miner, 65 277-279.

9-      Beretka, J., Mathew, P. J., 1985. "Natural radioactivity of Australian building materials, industrial wastes and by-products", Health Phys, 48, 87–95.

10-  UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation), 2008. "Exposure from natural sources of radiation", United Nations, New York.

11-  Kabir, K. A., Islam, S. M. A,, Rahman, M. M., 2009. "Distribution of Radionuclides In Surface Soil And Bottom Sediment In The District of JESSORE, BANGLADESH and Evaluation of Radiation Hazard", Journal of Bangladesh Academy of Sciences, Vol 33, No.1, 117-130.

12-  Jabbar, A., Arshed, W., Bhatti, A. S., Ahmad, S. S., Akhter, P., 2010. "Measurement of soil radioactivity levels and radiation hazard assessment in southern Rechna interfluvial region, Pakistan", Environmental Monitoring and Assessment, Volume 169, Issue 1-4, pp 429-438.

13-  Delaune, R. D., Jones, G. L. & Smith, C. J., 1986. "Radionuclide concentration in Louisiana Soils and Sediments", Health Physics, 51, 239-244.

14-  Noordin, I., 1999. "Natural activities of 238U, 232Th, and 40K in building materials", Journal of Environmental Radioactivity, 43, 255-258.

15-  Mehra, R., Singh, S., Singh, K., Sonkawade, R., 2007. " 226Ra, 232Th and 40K Analysis in soil samples from some areas of Malwa region, Punjab, India using gamma ray spectrometry", Environmental Monitoring and Assessment, Volume 134, Issue 1-3, pp 333-342.

16-  Kerur, B. R., Rajeshwari, T., Anilkumar, S., Narayani, K., Rekha, A. K., 2011. "Gamma spectrometric Analysis of ore samples from Sandur of Bellary, Karnataka, India", Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, DOI 10.1007/s10967-011-1599-4.

17-  Kannan, V., Rajan, M. P., Iyengar, M. A. R., Ramesh, R., 2002. "Natural Radioactivity of Soil Samples in some high level Natural Radiation areas of Iran, In Radiation Doses and Health Effects", Proceeding of 4th International Conference on High Level of Natural Radiation; Beijing; China, 21-25 October 1996, Amsterdam; Elsevier; 1997b:129-132.

18-  Pourimani, R., Mazloom Shahraki, M., 2013. "Influence of different soil's parameters on the penetration of 137Cs", Iranian Journal of Physics Research, Vol. 13, No. 3.

19-  UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation), 2000. "Effects and Risks of Ionizing Radiation & Exposure from natural sources of radiation", United Nations, New York.