Jednostki aktywności promieniotwórczej

Aktywność promieniotwórcza jest to szybkość rozpadu promieniotwórczego jąder atomowych w danej próbce. Jednostką aktywności w układzie SI jest od 1975 r. bekerel (Bq). Jednostkę nazwano tak, aby uczcić Henriego Becquerela, odkrywcę promieniotwórczości, który za badania nad tym zjawiskiem wspólnie z Marią Skłodowską-Curie otrzymał nagrodę Nobla. Bekerel jest to bardzo mała jednostka - 1 Bq to 1 rozpad promieniotwórczy na sekundę. W naturalnym środowisku mamy do czynienia zwykle z aktywnościami rzędu dziesiątek i setek bekereli, natomiast źródła sztuczne mogą mieć aktywność liczoną w tysiącach (kBq), milionach (MBq), miliardach (GBq), bilionach (TBq) czy biliardach (PBq). Poniżej parę przykładowych wartości:

• radon w powietrzu w moim pokoju (pomiar wg Pico-Rad) - 17 Bq/m3
• przeciętna zawartość radonu w wodzie niefiltrowanej w Polsce - 10-30 Bq/l (w wodzie pitnej ułamki lub pojedyncze Bq)
• zalecana przez dyrektywę UE zawartość radonu w powietrzu w budynkach - 100 Bq/m3
• norma dla radonu w powietrzu w nowych budynkach - 200 Bq/m3
• norma dla radonu w powietrzu w starych budynkach - 400 Bq/m3
• zawartość radonu w leczniczej wodzie mineralnej - 1000 Bq/l
• dopuszczalna aktywność naturalnych źródeł niewymagających zezwolenia - 1000 Bq/kg
• skażenie opieńki miodowej cezem-137 po Czarnobylu - 1493 Bq/kg suchej masy (2)
• popiół z węgla - 2000 Bq/kg
• potas-40 w organizmie człowieka standardowego (1) - 4000 Bq / 70 kg
• nawóz fosforowy (superfosfat) - 5000 Bq/kg
• granit - 7000 Bq/kg
• skażenie cezem-137 podgrzybka brunatnego po Czarnobylu - 7300 Bq/kg suchej masy (3)
• uran-238 stanowiący 99% wagi i 48,9% aktywności uranu naturalnego - 12,4 kBq/kg (4)
• nowsza jonizacyjna czujka dymu - 15 kBq Am-241
• spintaryskop firmy United Nuclear - 740 lub 18500 Bq Th-232 (0,02-0,5µCi)
• źródło kontrolne dozymetru RK-67 - 18,5 kBq Co-60
• skażenie cezem-137 lejkówki po Czarnobylu - 24532 Bq/kg suchej masy (2)
• starsza jonizacyjna czujka dymu - 33 lub 40 kBq Am-241
• uran-235 stanowiący 0.7% wagi i 2.2% aktywności uranu naturalnego - 80 kBq/kg (4)
• australijska ruda uranowa o zawartości 0.5% uranu - 500 kBq/kg (5)
• źródło w komorze radonowej - 502,5 kBq Ra-226
• nisko aktywne odpady jądrowe - 1 MBq/kg (5)
• źródło w wykrywaczu kontrabandy PM-1703T -  max. 1 MBq Ba-133
• kanadyjska ruda uranowa o zawartości 15% uranu - 26 MBq (5)
• izotop do diagnostyki medycznej - 70 MBq/dawka (5)
• uran-234 stanowiący 0,0053% wagi i 48,9% aktywności uranu naturalnego - 231,3 MB/q (4)
• trytowy świecący breloczek z rurką świecącą 20x2 mm - 9,75 GBq (max. 12,2 GBq)
• trytowa świecąca pałeczka o wymiarach 6 x 0.2 cala - 67 GBq (1.8 Ci)
• wysokoaktywne zeszklone odpady jądrowe po 50 latach - 10 TBq/kg (5)
• polon-210 - 166 TBq/g
• łączne skażenie po wybuchu bomby atomowej w Hiroszimie -  216 TBq
• roczna produkcja węgla C-14 w atmosferze - 5000 TBq

Normy skażeń żywności w świetle rozporządzenia Rady Ministrów z 2003 r.:

Dozymetr RKSB-104 posiadał funkcję pomiaru aktywności cezu-137 w produktach i był wyskalowany już w bekerelach na kilogram, w przeciwieństwie do innych mierników (Sosna, Polaron):

***

Starszą, pozaukładową jednostką jest kiur (Ci, dawniej c), nazwany tak dla upamiętnienia małżonków Curie w 1910 r . Jest to dla odmiany jednostka bardzo duża - 1 Ci = 37 GBq, czyli 37 mld Bq! Pierwotnie za wzorzec uznano aktywność 1 g Ra-226, jednak później okazało się, że faktyczna aktywność 1 g radu wynosi 3,66 GBq, ale jednostka pozostała. Przy ustalaniu jednostki chciano zmniejszyć ilość radu odpowiadającą 1 Ci ze względów praktycznych aż do 10 nanogramów, ale Maria Skłodowska-Curie po początkowej akceptacji ostatecznie nie zgodziła się, aby tak mała jednostka była nazywana jej nazwiskiem. Kiurów używano powszechnie jako wygodnej jednostki ilości substancji promieniotwórczych, które były wytwarzane w tak małych ilościach, że łatwiej było zmierzyć ich aktywność, niż zważyć.

Przy pomiarach niewielkich stężeń  stosuje się dużo mniejsze jednostki, np. pikokiur (1 Bq = 27 pCi) lub nanokiur (nCi), zaś przy dużych skażeniach MCi czy GCi. Przykładowe wartości:

• norma zawartości Ra-226 w wodzie (USA) - 15 pCi / l
• sól kąpielowa "Radium Emanation Bath" - 4,8 nCi Ra-226 / g
• tabletki Arium  - 8,58 nCi Ra-226 / szt. 
• kieszonkowe zegarki z farbą radową 0.063 - 1.063 μCi (2.31 - 39.31 kBq) Ra-226 [źródło]
• naręczne zegarki z farbą radową 0.013 -0.875 μCi (0.46 - 32.38 kBq) Ra-226 [ibidem]
• koszulka Auera do lamp gazowych 0,067 µCi (2479 Bq) Th-232
• starsza jonizacyjna czujka dymu - 0,9µ Ci (33,3 kBq) Am-241
• świecący marker na hełm (luminous disc) - 5-15 µCi Ra-226
• źródło kontrolne rentgenometru DP-66 - 10 µCi Sr-90
• antystatyczna szczotka do płyt winylowych - 200-500 µCi Po-210
• system kontroli łopat śmigłowca CH-53 typu  IBIS - 500 µCi Sr-90
• buteleczka Radithoru  - 1 µCi Ra-226 i 1 µCi Ra-228 / butelkę 0.5 oz.
• kompresy Radiumchema  -  0,1 mCi Ra-226 (0,1 mg)
• grubościomierz odbiciowy MIR-1 - 30 µCi Co-60
• igły radowe do radioterapii - 1, 2 lub 5 mCi (odpowiednio 1, 2, 5 mg Ra-226)
• przenośny izotopowy miernik poziomu PIMP-3 - 500 µCi Cs-137
• tranzystorowy wskaźnik poziomu TWP-1 - 0,7 mCi Cs-137
• dobowy opad promieniotwórczy na 1 km2 w okolicach Warszawy (1958) - 1,5 mCi
• izotopowy miernik popiołowości węgla kamiennego IMPW-3 - 2 x 5 mCi Sr-90
• dobowy opad promieniotwórczy na 1 km2 w okolicach Warszawy (1959) - 8 mCi
• izotopowy czujnik oblodzenia RIO-2M - 10 mCi Sr-90
• oświetlacze sondy tankowania w locie samolotu C-130 - 6 x 25 mCi Kr-85
• izotopowy miernik grubości blach ZP-3 - 30 mCi Am-241
• kompas z podświetleniem trytowym firmy Cammenga - 120 mCi H-3
• izotopowy miernik grubości blach ZP-3a - 300 mCi Sr-90
• rozrusznik serca Laurens-Alcatel model 900 - 2,5 Ci Pu-238
• defektoskop izotopowy DI-7 - 5 Ci Cs-137 lub 8,5 Ci Ir-192
• kolimator MlAl Infinity Aiming Reference Collimator - 10 Ci H-3
• świecący znak wyjścia ewakuacyjnego - 20 Ci H-3
• defektoskop izotopowy SzT-843 3 Ci Co-60 lub 50 Ci Cs-137 lub 85 Ci Ir-192
• maksymalna aktywność w pojemniku IO-1000 dająca na powierzchni < 200 mR/h - 1000 Ci Co-60
• generator radioizotopowy SNAP-3B -1500-1600 Ci Po-210
• bomba kobaltowa do radioterapii (1968) - 7400 Ci
• emisja po pożarze reaktora w Windscale (1957) - 20 kCi
• generator radioizotopowy SNAP-1A - 880 kCi Ce-144
• skażenie atmosfery po podziemnym teście Baneberry (1970) - 6,7 MCi (2,3*10^5 TBq)
• opad po awarii w Czarnobylu (1986)- 27 MCi
• aktywność produktów rozszczepienia emitujących promieniowanie gamma w 1 godzinę po wybuchu jądrowym o mocy 1 Mt TNT - 300000 MCi

Pomimo faktu bycia jednostką pozaukładową kiury są nadal stosowane, szczególnie pikokiury do oznaczania aktywności radonu w wodzie. Starsze dozymetry produkcji radzieckiej, posiadające funkcję pomiaru aktywności cezu-137 w produktach, wyskalowane są właśnie w kiurach na litr (Ci/l), choć taka jednostka jest bardzo niewygodna, gdyż wartości podawane są w potęgach ujemnych (dopuszczalne skażenie grzybów to 600 Bq/kg, przeliczcie to na kiury sami).

Panel radiometru Polaron Pripyat z zakresem miernika dla aktywności wyrażonej w kiurach na kilogram (Ci/kg):

Poniżej dla porównania masa 1 kiura wybranych izotopów, uszeregowana wg czasu półrozpadu:

źródło: https://en.wikipedia.org/wiki/Curie

Warto też wspomnieć o gramorównoważniku radu (g-r Ra), stosowanym w rozporządzeniu Rady Ministrów z 1957 r.  w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy w stosowaniu promieniowania jonizującego - jest to taka ilość izotopu, która w danych warunkach wysyła taką samą ilość promieniowania gamma, co 1 gram radu, znajdujący się w równowadze promieniotwórczej z produktami swego rozpadu [czyli 0,84 R/h w odległości 1 m]. Wartości gramorównoważników podane były w załączniku do tego rozporządzenia:

Stąd też w specyfikacjach defektoskopów podawana jest aktywność stosowanego izotopu wraz z odpowiednią wartością g-r Ra, np. 5 g-r Ra dla Co-60 wynosi 3 Ci, 20 g-r Ra dla Cs-137 = 50 Ci, a dla Ir-192 50 g-r Ra = 90 Ci (dane ze specyfikacji defektoskopu SzT 843).

***

Aktywności promieniotwórczej  nie należy mylić z częstotliwością zliczania, mierzoną impulsami na sekundę (counts per second, cps) lub na minutę (counts per minute, cpm). Częstotliwość ta oznacza liczbę cząstek lub kwantów zarejestrowanych przez czujnik promieniowania, zatem zawsze będzie ona mniejsza niż faktyczna aktywność źródła z uwagi na niedoskonałości detektorów i układów pomiarowych (choćby czas martwy).

***

Istniała też jednostka nazwana rutherfordem od znanego fizyka Ernsta Rutherforda, wynosząca 1 mln Bq (1 MBq), wprowadzona w 1946 r., celem uniknięcia kłopotliwego mnożnika 3,7 przy obliczeniach, jednak nie przyjęła się i szybko wyszła z użycia po wprowadzeniu bekerela.

--------------------------
(1)człowiek standardowy to model stosowany w ochronie radiologicznej dla wyliczeń narażenia na promieniowanie itp. Waży 70 kg, ma 1,75 m wzrostu, żyje 70 lat, pracuje 8 godzin przez 5 dni w tygodniu przez 50 tygodni w roku. Szczegółowe parametry TUTAJ

(2)  Battiston G.A., Degetto S., Gerbasi R., Sbrignadello G Radioactivity in mushrooms in
Northeast Italy following the Chernobyl accident. J. Environ. Radioactivity 1989, 9, 53.
(3) Flakiewicz W., Bońkowski J.: Radionuklidy w grzybach. Aura, 1991, (7), 12.
(4) dane dotyczące uranu - http://www.wise-uranium.org/rup.html
(5) http://www.world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/radiation-and-health/radiation-and-life.aspx