Lect. Dr. BEGY RÓBERT – CSABA [625379]

UNIVERSITATEA ,,BABEȘ -BOLYAI’’
CLUJ -NAPOCA
Facultatea de Știința și Ingineria Mediului
Specializarea Evaluarea Riscului și Securitatea Mediului

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Coordonator științific:
Lect. Dr. BEGY RÓBERT – CSABA

Absolvent: [anonimizat] – PÁLFI NOÉMI

CLUJ – NAPOCA
2018

2

UNIVERSITATEA ,,BABEȘ -BOLYAI’’
CLUJ -NAPOCA
Facultatea de Știința și Ingineria Mediului
Specializarea Evaluarea Riscului și Securitatea Mediului

LUCRARE DE DISERTAȚIE

LIMI TĂRI LEGATE DE METOD ELE DE DATARE
FOLOSIND IZOTOPUL RA DIOACTIV P b-210

Coordonator științific:
Lect. Dr. BEGY RÓBERT – CSABA

Absolvent: [anonimizat] – PÁLFI NOÉMI

CLUJ – NAPOCA
2018

3

CUPRINS

INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 5
1.Radioactivitatea ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 6
1.1 Teoria radioactivității ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 7
1.2. Tipurile de dezintegrare radioactivă ………………………….. ………………………….. ………………………. 8
1.3. Izotopi radioactivi ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 10
1.3.1. Radioactivitatea naturală. Izotopi radioactivi de proveniență natural …………………… 11
1.3.2. Radioactivitatea artificială. Izotopi radioactivi produși în mod artificial ……………….. 11
2.Pb, ca izotopradioactiv natural ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 11
2.1. Serii radioactive. Seria U -238 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 11
2.2. Radioizotopul natural al plumbului 210Pb (Ciclul Pb -210 în natură) ………………………….. ……….. 14
2.2.1. Formarea Pb -210 în atmosferă: ………………………….. ………………………….. ………………….. 15
2.2.2. Aplicații ale Pb -210: ………………………….. ………………………….. ….. Error! Bookmark not defined.
2.2.3. Metode de determinare a Pb -210: ………………………….. ………………………….. ……………….. 16
3. Metode nucleare de datare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 17
3.1. Utilizări geochimice: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 18
3.2. Utilizări în hidrologie: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 19
3.3. Metoda de datare Pb -210 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 19
4. Măsurarea Pb -210 cu ajutorul radioizotopului Po -210………………………….. ………………………….. …… 20
4.1. Metodologie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 21
5. Măsurarea concentrației Pb -210 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 22
5.1. Spectrometria alfa și gama în determinarea Pb -210 ………………………….. ………………………….. ….. 22
5.2. Insturmentele necesare pentru măsurare ………………………….. ………………………….. …………….. 23
5.3. Prepararea și pregătirea probelor ………………………….. ………………………….. ………………………… 24
5.4. Procedura de măsurare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 26
6. Rezultate și interpretarea măsurătorilor ………………………….. ………………………….. ………………….. 27
CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 28
Mulțumiri ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. Error! Bookmark not defined.
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 29

4
ABSTRACT

5

INTRODUCERE

La început radioactivitatea a fost considerat ă ca un dușman al omului, datorită faptului
că au fost cunoscute multe efecte negative ale acesteia aspura corpului uman și asupra
mediul ui. Cu trecerea timpului au fost descoperit e multe aplicații benefic e ale radionuclizilor,
care ajută la monitori zarea anumitor factori de mediu și a schimbăril or acestora în timp.
În secolul al XX -lea a început o mare distrugere a mediului înconjurător odată cu
dezvoltarea enormă în lumea technologiilor. Pentru monitorizarea, oprirea și remedierea
acestor mari distrugeri, tot technologiile descoperite ne oferă soluțiile. Una dintre ac este
soluții este datarea nucleară sau datarea cu ajutorul radionuclizilor.
Pb-210 este un element radioactiv natural, face parte din seria uraniului. Izotopul Pb –
210 cu un timp de înjumă tățire de 21 de ani se acumulează aproape în toți factorii de mediu ,
jucând un rol important în studiile de climatologie, datarea sedimentelor și în dozimetrie.
Metoda de datare cu Pb -210 este una dintre cele mai importante metode recente de
datare a mediului.
Aceste metode sunt utiliza tepe scară largă în studiile de mediu, dar din punctul de
vedere a studier ii riscurilor asociate de mediu , cea mai mare importanț ă a metodelor de datare
cu Pb -210 constă în prevenirea inundațiilor, eroziunilor și determinarea procesului de
sedimentare.
Lucrarea de față prezintă ….

Obiective urmărite: Studiere a importanț ei metodei de datare cu radioizotopul Pb -210
și limitări le legate de folosirea acestor metode.

6
1.Radioactivitatea

Radioactivitatea ca definiție și apariția ei în domeniul științific este legată de numele
savantei Marie Curie, care în 1898 face referire pentru prima oară la acest fenomen , ca
radioactivitate și presupune că această radiație este de origine atomică, dar fenomenul
radioactivității a fost descoperit de către Henri Be cquerel încă din 1896 , care a descoperit
radioactivitatea naturală a sărurilor de radiu. Radioactivitatea ca denumire este de origine
latină, provine dintr -o combinație a două cuvinte, „radio” -radiație și „activ” – are
semnificația de activitate.
Dintr -o altă definiție rezultă că pr in radioactivitate se înțelege capacitatea nucleelor
instabile de a emite radiații ionizante, acest fenomen se numește dezintegrare radioactivă, în
urma căreia nucleul suferă o modificare bine determinată.
În urma experimentelor s -a stabilit că masa atomu lui și toată sarcina pozitivă este
concentrată într -un volum mic în centrul atomului, zonă numită nucleu atomic (alcătuit din
protoni și neutroni). În jurul nucleului gravitează un număr de electroni care compensează
sarcina pozitivă a nucleului. Radioacti vitatea depinde fundamental de numărul de neutroni din
nucleu, izotopii aceluiași element chimic comportându -se în general foarte diferit.
Transformarea este însoțită de obicei de expulzarea unor particule subatomice având viteză
foarte mare, precum și emi terea unor unde electromagnetice cu lungime de undă foarte mică.
(Baradács, 2002).
Radioactivitatea este un fenomen exoterm, adică produce eliberarea energiei către
mediu. Fenomenul radioactivității, deși spontan, nu se petrece în afara timpului: există o
durată de viață, numită viață medie a nucleelor unui element, după care numărul nuc leelor
rămase nedezintegrate se reduce.
Radioactivitatea nu î nsemnă întotdeauna ceva rău, nu este inamicul nostru. Suntem
supuși continuu unei radiații radioactive oriunde am fi pe pământ, care este o radiație de fond,
care nu trebuie să ne înfricoșeze. S pecialiștii au demonstrat că organismul uman are nevoie de
o anumită doză de radiație de fond pentru a pregăti sistemul imunitar la o doză mare de
iradiații. Totodată, în zilele noastre radioactivitatea este utilizată în mai multe domenii, cum ar
fi medici na nucleară, industrie, agricultură, producerea energiei, astrofizică, și altel e.

7
1.1 Teoria radioactivității

S-a observat întâi că unele elemente chimice posedă proprietatea extraordinară de a
emite spontan radiații de mare energie. Fenomenul a fost numit radioactivitate . Primul pas în
descoperirea radioactivității s -a făcut de fizicianul Becq uerel pe 26 februari e 1898, când
acesta a lăsat câteva plăci fotografice ferite de lumină în apropierea unui minereu de uraniu.
Developându -le le descoperă înnegrite, ca și când ar fi fost expuse la lumină. De aici el a tras
concluzia că minereul de uraniu emite radiații necu noscute. Deci radioactivitatea naturală a
fost descoperită de Henri Becquerel la elementul uraniu, ca urmare a dezvoltării generale a
fizicii și ca o consecință directă a descoperirii de către Rӧentgen, în 1895 a razelor X ,
Becquerel a observat că uraniul emite raze invizibile, cu proprietăți asemănătoare razelor X.
Ceva mai târziu s -a descoperit că și thoriul emite asemenea radiații și de asemenea faptul că
razele γ sunt cele mai asemănătoare cu razele X, atât prin duritatea lor, adică puterea lor de
penet rare, cât și prin viteza lor.
În 1898 soții Pierre și Marie Curie au făcut cercetări foarte importante în domeniul
radioactivității. Ei pun în evidență proprietățile radioactive ale minereurilor care conțin thoriu.
Ca și în cazul uraniului, s -a constatat că acest fenomen nu este legat de starea chimico -fizică a
substanței, ci este o proprietate a elementului. Radioactivitatea diferitelor minereuri
radioactive se explică simplu prin diferitele procente de element radioactiv conținut. Analiza
ulterioară a mi nereurilor radioactive a dus la descoperirea poloniului și a radiului, a căror
radioactivitate este de milioane de ori mai intensă decât cea a uraniului și thoriului. Henri
Becquerel împreună cu soții Pierre și Marie Curie au primit premiul Nobel în anul 1903.
(Colin Wesselss,2012).
Un număr mare de savanți din diferite țări au întreprins apoi cercetări pe căile
deschise de aceste noi descoperiri importante.
Activitatea este definită ca numărul de dezintegrări pe secundă și se
măsoarăînBq ( Becquerel ) sauîn Ci (Curie) – aceastanu se utilizeazăoficial.
1 Bq = 1 dez / sec
1 Ci = 3,7 x 1010 dez / sec
Se poate folosi și activitatea de concentrație care este definită ca activitatea pe unitate
de volum Bq/l sau Bq/m3.

8
Nucleul radioactiv este acel nuc leu al unui atom, care se transformă spontan într -un alt
atom, fără nici -o influență exterioară , degajând energie sub formă de radiații diverse (alfa,
beta sau gama) . Această transformare se numește dezintegrare radioactivă.
1.2. Tipuri le de dezintegr are radioactivă

„Radiațiile” α, β și γ se deosebesc prin puterea de penetrare (distanța pe care o pot
parcurge într -un anumit mediu, până sunt absorbite complet).
• Radiația alfa:
Razele α sunt cele mai rapide, dar sunt complet oprite în grosimea unei foi de hârtie
obișnuită sau în cel mult o zecime de milimetru de aluminiu. În aer, distanța maximă pe care o
poate străbate nu depășește 11 cm. Experiențele efectuate de Rutherford au arătat c ă
particulele alfa sunt nuclee de heliu.
Aceste raze sunt dispersate de câmpul electric și magnetic arătând astfel că sunt
particule încărcate pozitiv. Ele afectează plăcile fotografice și cauzează fluorescență. Ele
pătrund în aer la 6,5 cm, în apă 0,01 c m, iar în foi de aluminiu 0,005 cm. Poate fi absorbită
complet doar de 2,5 mm de Pb. În drumul lor ionizează aerul sau gazele străbătute. Particulele
alfa au energie cinetică tipică de 5 MeV și o viteză de 15 000 km/s.
Dezintegrarea alfa este un tip de dez integrare radioactivă în care un nucleu atomic
emite o particulă alfa (doi protoni și doi neutroni legați între ei într -o particulă identică cu un
nucleu de heliu) și se dezintegrează într -un atom cu un număr de masă mai mic cu 4 și cu un
număr atomic mai mic cu 2.(Balint,2003)

Figura 1.22688Ra dezintegrarea alfa ( http://www.rhk.hu )

9
• Radiațiile beta:
Radiațiile β sunt formate din particule elementare de electricitate negativă – electroni,
aceștia iau naștere în momentul emisiei radioactive a unui neutron din nucleu. Razele Beta
sunt încărcate negativ, fiecare particulă având masa moleculară și o energie tot atât câ t un
electron. Ele sunt dispersate de câmpul magnetic și cel electric arătând astfel că sunt încărcate
negativ.
Radiațiile beta produc o ionizare mai redusă decât particulele alfa iar puterea de penetrare
a razelor Beta este mai mare decât a celor alfa. P arcursul în aer a radiațiilor beta nu depășește
10-15 m; în apă 2,6 cm, în foi de aluminiu de 2 -3 mm și au putere de ionizare mică.
În timpul dezintegrării beta iese din nucleu un electron sau un pozitron. Dezintegrarea
beta este cel mai frecvent mod de decădere, poate să apară la cele mai ușoare și la cele mai
grele nuclee. Dezintegrarea beta este de două feluri: dezintegrarea beta + și beta -.
• Dezintegrarea beta negativă apare atunci când un neutron se transformă într -un proton,
lângă emisia unui elect ron și unui antineutrin. Prin dezintegrarea - nucleul nou
format se mută cu o căsuță spre dreapta în tabelul Mendeleev. Izotopii care se
dezintegrează beta minus sunt: 206Pb, 234Th, 137Cs, 22Na, 3H, 60Co

• Dezintegrarea beta pozitivă apare atunci când un proton se transformă într -un neutron
și se emite un pozitron și un neutrin. Izotopii care se dezintegrează beta plus sunt: 11C,
40 K, 13N, 15O, 18F, 121 I. (Balint, 2003)

• Dezintegrarea gama:
În schimb razele γ sunt cele mai penetrante datorită puterii lor de ionizare foarte
scăzută (procesele de interacțiune cu atomii substanței prin care trec sunt foarte rare), neavând
nici sarcină electrică și nici masă. Se produce când nucleul atomic după o dezintegr are este
încărcat cu o energie mare, radiațiile γ fiind unde electromagnetice cu o înaltă frecvență.
Această emisiune nu produce transformări a protonilor sau neutronilor nucleari. (Begy, 2010)

10
Razele γ pot străbate cu ușurință grosimi considerabile din țesuturi animale și vegetale,
substanțe ușoare și chiar câțiva centimetri din substanțe grele cum ar fi de exemplu plumbul.
Datorită puterii lor mare de penetrare, mai mare chiar decât a razelor X, descoperite de
Röentgen, razele γ sunt folosite în acelea și scopuri ca cele dintâi.
Astfel sunt folosite în medicină, sau la măsurarea unor obiecte metalice din exterior, fără
să fie nevoie măcar de desfacerea acestora, se poate face controlul unor piese de mașini
fabricate în serie, se pot face cercetări geolo gice cu privire la zăcămintele de petrol și multe
altele.

Figura 2.137m56Ba dezintegrare a gama ( http://www.rhk.hu )

1.3. Izotopi radioactivi

Izotopul – specia de atom cu același număr atomic Z dar cu număr de masă A diferit – care
poate suferi dezintegrare radioactivă se numește izotop radioactiv sau izotop instabil . Din cei
aproximativ 2000 denuclizi cunoscuți până în prezent doar 290 sunt st abili, ceilalți sunt
instabili și se transformă spontan, fără vreo intervenție exterioară în nuclee stabile. Un nuclid
instabil se transformă în mod spontan într -un nuclid mai stabil, cu emisie de radiație . În
majoritatea cazurilor, nucleele radioactive na turale sunt cele grele, cu Z cuprins între 81 și 94.
Există însă și nuclee relativ ușoare, natural radioactive, cum sunt 14C sau 40K. (Somlai,2002)

11

1.3.1. Radioactivitatea naturală. Izotopiradioactivi de proveniență natural

Prin radioactivitate naturală se înțelege fenomenul când un nucleu al unui atom
existent în natură este capabil să se transforme fără nici o influență exterioară.
În zilele noastre numărul izotopilor radioactivi cunoscuți (descoperiți) este mai mult de
2600, dar din aceștia numărul izotopilor radioactivi naturali este numai de circa 80. Izotopii
radioactivi naturali sunt prezenți în natură: deopotrivă în sol, în vegetație, în aer, în ape,
așadar aceștia pot reprezenta pericol de radiație extern și intern în acelaș timp pentru
organismul uman.
1.3.2. Radioactivitatea artificială. Izotopiradioactiviprodușiîn mod artificial

Putem vorbi despre radioactivitate antropogenă în cazul în care izotopii radioactivi
produși în mod artificial și care în mod curent n u se regăsesc în natură, emit radiațiile.
Acești izotopi radioactivi se formează în urma diverselor activități umane sau ca
urmare a acestora. Valoarea expunerii radiațiilor pentru elementele radioactivității produsă
artificial se adaugă ca doză de exce s la valoarea radiațiilor de fundal.
2.Pb-210, ca izotopradioactiv nat ural

2.1. Serii radioactive. Seria U -238

Mai multe experimente au demonstrat că dezintegrarea elementel or grele cu Z > 82
prin emisii spontan e de particule α și de particule β (electroni) duce la formarea unui nucleu
stabil prin intermediul unor radioelemente intermediare care derivă unul din ceelălalt. (George
Șindilaru, 2011)
Unii radionuclizi, numiți radionuclizi primor diali,sunt nuclee radioactive naturale , care
se găsesc pe suprafața Pământului. A u existat pe Pământ încă de la formarea acestuia și
dezintegrarea lor nu este complet ă nici în prezent. D intre acești radionuclizi , printre cei mai
cunoscuți menționăm sunt 238U, 235U, 232Th,226Ra, 222Rn, 40K. Acești radionuclizi primordi ali
au timp de înjumătățir e de ordinul sutelor de milioane de ani. (Karin, 2005)

12
Tabelul nr.1 Radionuclizi primordiali
Radionuclizi Simbol Timpul de
înjumătățire Activitatea
natural ă
Uraniu 235 235U 7.04 x 108 ani 0.72% al uraniului natural total
Uraniu 238
238U 4.47 x 109 ani 99.2745% al uraniului natural total; între
0.5 – 4.7 ppm totalul de uraniu în tipuri
de roci frecvente
Thoriu 232 232Th 1.41 x 1010 ani Între 1.6 și 20 ppm în tipuri de roci
frecvente cu o medie de 10.7 ppm în
crustă
Radiu 226 226Ra 1.60 x 103 ani 0.42 pCi/g (16 Bq/kg) în roci calcaroase
și 1.3 pCi/g (48 Bq/kg) în roci vulcanice
Radon 222 222Rn 3.82 zile Gaz nobil; concentrația anuală în aer în
SUA de la 0.016 pCi/L (0.6 Bq/m3) până
0.75 pCi/L (28 Bq/m3)
Potasiu 40 40K 1.28 x 109 ani sol – 1-30 pCi/g (0.037 -1.1 Bq/g)
Sursa :
Dintre a cești radionuclizi primordiali, U și Th sunt părinții a trei serii radioactive ,
aceste trei serii inc lud toate elemente le radioactive naturale . Aceste trei serii au fost descrise
complet încă din anul 1935 și poartă denumirea : seria uraniului, seria actiniului și seria
thoriului. Aceste serii radioactive au în capătul superior radionuclizii naturali, urmate de
nucleele radioactive formate prin tr ansformări succesive și la capătul inferior se termin ă cu un
nucleu stabil, ceea ce înseamnă că prin nici unul din mijloacele cunoscute în prezent nu putem
constata o eventuală dezintegrare a lui. (George, 2011. , Karin,2005) Elementele care aparțin
de aceeași serie radioactivă, sunt legate genetic prin dezintegrările α și β, numerele de masă a
tuturor elementelor sunt egale sau diferă numai printr -un multiplu de 4.
Tabelul nr.2 Serii radioactive
Familia Nucleu cap de
serie Număr de masa Nucleu final de
serie T1/2 (ani)
Uraniu 𝑈92238 4n+2 𝑃𝑏82206 4,47 x 109
Thoriu 𝑇ℎ90232 4n 𝑃𝑏82208 7,04 x 108

13

Actiniu 𝐴𝑐89227 4n+3 𝑃𝑏82207 1,41 x 1010
Neptuniu 𝑁𝑝93237 4n+1 𝑃𝑏82209 2,14 x 106
Sursa:

Seria radioactivă a uraniului:
Uraniul 238 este cel mai greu dintre izotopii naturali și se dezintegrează foarte încet
prin emisi ile de raz e α. Seria uraniului pornește de la 238U,care are timp de înjumătățire
4,47×109 ani pierzând 4 unități din numărul său de masă și 2 unități din numărul său atomic se
tranformă în 234Th și se termină cu izotopul stabil al plumbului 206Pb .

Sursa: http://nwatchwiki.aii.pub.ro/tiki -index.php?page=Radioactivitate+mediu

14

2.2. Radioizotop ul natural al plumbului 210Pb (Ciclul Pb -210 în natură)

Pb-210 este un element radioactiv natural, face parte din seria uraniului. Cu trecerea
timpului U – 238 (4,47 * 109 se dezintegrează în U -234 (248 .000 ani ) care apoi în Th -230
(80.000 ani) ce este urmat de Ra -226 (1 .620 ani). Ra-226 se dezintegreză în Rn -222 și prin
dezintegrarea Rn -222 ia naștere Pb -210. Emanarea de Rn este un proces natural și produce un
nivel scăzut, dar constant de Rn în atmosferă. După trecerea timpul ui de înjumătățire a Rn –
ului, se dezintegrează în Po -218, care într -o perioada de câteva ore ajunge pe suprafața solului
prin intermediul ploilor și prin depunerea de praf. În urma dezintegrări i succesive de câteva
minute (Po -218 are timp de înjumătățire 3,11 min ute, Pb -214 cuT 1/2de 26,8 min, Bi -214 cu
T1/2 19,7 min și Po -214 cu T 1/2 164 µs) este produs Pb -210. Este produ sul dezintegrării
nucleului 222Rn prin următoare le tranformări:

Lanțul de dezintegrare al uraniului
222𝑅𝑛𝛼⃗⃗ 218𝑃𝑜𝛼⃗⃗ 214𝑃𝑏𝛼⃗⃗ 214𝐵𝑖𝛽⃗⃗ 214𝑃𝑜𝛽⃗⃗ 210𝑃𝑏
Sursa: C.Cosma , 2008 (a ketto kozul csak az egyik marad)

15
2.2.1. Formarea Pb -210 în atmosferă:

Rn -222, produs în urma dezintegrării Ra -226 din sol, ajunge în atmosferă prin dif uzie
sau prin fisuri. Rn -222 în atmosferă se dezintegreză în Pb -210 printr -un număr de radionuclizi
cu viaț a scurtă. Măsurători ale concentrației de Pb -210 din aer indică că acesta se află un timp
scurt în atmosferă. (Begy) Atomii de Pb -210 sunt atașați de aerosoli și în urma perecipitațiilor
sau depozitării uscate sunt depuși pe suprafața solului.
Fluxul de Pb -210 este considerat a fi constant pe parcursul anilor (ca media pe un an
sau pe mai mulți ani). Valoarea lui poate varia spațial și depinde de factori precum regimul
pulviometric sau locația geografică.
Izotopul Pb -210 (RaD) cu un timp de înjumățire de 21 de ani se ac umulează aproape
în toți factori i de mediu jucând un rol important în studiile de climatologie, datarea
sedimentelor și în dozimetrie.
Produsul său de dezintegrare Bi -210 se descompune β cu un timp de înjumătățire de 5
zile, obținându -se Po -210 care se dezintegrează α trecând în izotopu l stabi Pb -206. (C.
Cosma, T. Jurcuț,1996)
2.2.2. Aplicațiile radionuclidului Pb -210:

Dintre cele mai importante utilizări ale radionuclidului Pb -210, se enumeră:
• aplicarea în determinarea de viteze și procese de sedimentare
• trasor pentru monitorizarea poluării atmosferice cu metale grele, poluanți
organic i, emisii radioactive cauzate de instalații le nucleare etc.
• în urmărirea dinamic ii bazinelor de râuri și ape
• în determinarea și monitorizarea eroziun ii solului, determinarea schimbăril or în
procesul de eroziune , cauzate de î mpădurir i, despădurir i și shimbările în
practica agricolă.
• în cazul datării straturilor glaciare
• datarea straturil or sedimentare pentru reconstrucția poluării
• determinări de flux a radonului Rn-222

16
• monitorizarea Pb-210, fiindcă acesta se acumulează în organism ele vii și
pătrund în lanțul alimentar, după ce ajunge în echilibru cu Po -210 care es te
emitent de radiații alfa.
• determinarea schimbărilor calitat ive a le apelor
Din punctul de vedere a evaluării riscului și securitatea mediului , cele mai
importante aplicații a radionuclidului Pb-210 sunt ce le care ajute la determinarea
de viteze și procese de sedimentare, monitorizarea eroziunii solului și prin care se
poate determina gradul de eroziune a solului, deoarece prin utilizarea metodei de
determinare a Pb-210 se pot estima și monitoriza inundațiile și eroziuni le, care se
pot produc e în viitor . (Cosma, 2008)

2.2.3. Metode de determinare a Pb -210:

În general este utilizat ă una dintr -e cele trei metode enumerate:
1. Determinarea directă a activității radionuclidului Pb -210: este cea mai simplă met odă și
constă în determinarea directă a activității radionuclidului Pb -210 prin tehnici spectrometrice
gama. Ace astă metod ă prezintă avantajul, că prepararea probelor se po ate face cu mare
usurință și rezultatele sunt direct interpretabile.
2. Măsurarea concentrației Pb -210, prin determinarea concentrației radionuclidului Po -210:
Pb 210 intră în echilibru secular cu Po -210 dupa aproximativ 2 ani. Concentrația Po -210 se
poate determina prin spectroscopia alfa, metod ă care necesită extragerea chimică a Po -210 din
sedimente. Prepararea probelor necesită timp și precizia este afectată în mare parte de
calitatea preparării și de condiții le de lucru.
3. Măsurarea acivității Bi-210: Bi -210 se separă de Pb -210 și în timpul acestei separ ări se
emit particule β ce pot fi detectate. Prepararea chimică a probei este foarte complexă și din
această cauz ă metoda Bi -210 este folosită de foarte puțini cercetări. (Begy)

17
3. Metode nucle are de datare

Metodele de datare nuclear ă sunt metode absolute având ca ecuație de determinare a
vârstei , o formulă derivată din legea dezintegrării radioactive. Există totodată și metode de
datare absolut ă, bazate pe fenomene încadrate în fizica corpului solid care sunt rezultate în
urma expunerii unor cristale naturale la radiațiile nucleare ambientale. În categoria metodelor
semi -nucleare intră metodele de luminescen ță și rezonanța electrică de spin. (C.Co sma, et
all.,2008)
În secolul a l XX-leaa început o mare distrugere a mediului înconjurător odată cu
dezvoltarea enormă în lumea technologiilor. Pentru monitorizarea, oprirea și remedierea
acestor mari distruger i, tot technologiile descoperite ne oferă soluții le. Una dintre aceste
soluții este datare a nucleară sau datare a cu autorul radionuclizilor. Această metodă, dacă nu e
folosit rațional sau în condiții necorespunzăto are și el în sine poate fi consider ată ca un posibil
pericol pentru mediul înconjur ător și pentru vieți le omenești, dar în același timp dacă este
utlizat după termeni i stabili ți, ne oferă în mod unic informații foarte utile de spre starea actuală
a componenților de mediu, despre gradul de contaminarea lor și ne oferă o posibilitate pentru
determinarea cantitativă a acest or distrugeri.
Descoperirea metodelor nucleare de datare și utilizarea acest ora în diferite științe cum
ar fi biologi a, chimi a, știința mediului și medicin a, este legat de numele lui Hevesy Gy örgy,
care a primit premiul Nobel pentru această descoperire științifică.
Scopul dat ării nucleare cu radioizotopi este același ca și folosirea indicatoarel or
chimice în anumite cercetări, radioizotopii arată un fenomen sau un flux , datorită prezenț ei
lor nu se modifică procesul , dar s unt difuz ate anumite informații într-un timp și loc definit
despre decurgerea procesului , despre prezența sau absența anumit or compuși și despre
concentrațiil e lor. Pentru determinarea compoziți eiunei substanțe, determina rea modificăril or
legat e de compoziția și cantitatea lor , este indicat folosirea un ui component care are
caracteristici fizice chimice, biologice asemănătoare cu substanța analizat ă, dar ce diferă la
una din caracteristicile specifice. Astfel de caracteris tică specific ă poate să fie r adiația emisă
de către radionuclizi, cu ajutorul cărora se po ate urmări traseul și transformările izotopul ui
utilizat .
Din sca ra largă a utilizării metodei de datare cu ajutorul izotopilor radioactiv i în zilele
noastre pe lângă utilizarea lor în radioterapii , în analizarea concentrațiilor anumitor

18
componenți, în industria farmac eutică, în biologi a vegetal ă,această metodă are o deosebită
importanț ă și în protecți a mediului , de exemplu în evaluarea și prevenirea anumitor catastrofe
naturale. Radionuclizii în domeniul protecției mediului sunt utilizate pentru datarea nuclear ă,
în detectarea și urmărirea ciclului de viaț ă a anumitor componenți dăunătore (pesticide,
detergenți , deșeuri ) respectiv în studierea conexiun ii între elemente le care al cătuie sc mediul
înconjurător , în studii geochimice și hidrologice.
Datarea cu radionuclizi se po ate realiza atât cu radionuclizi naturali cât și cu ce i
produși în mod artificial, ambele arată cu un randament ridicat originea un ui poluan t, drumul
pe care l -a parcurs și schimb ările în structura sa chimică. Cu ajutorul metodei nucleare de
datare se pot detecta poluanți chiar și dacă acestea sunt prezenți în cantități foarte scăzute.
Datarea izotopică – fie că folosim metoda artificială ori se realizează prin variabilitatea
componenței naturale a izotopilor – este o metodă extrem de selectivă ș i eficientă în
depistarea originii contaminării, a monitorizării transformărilor chimice succesive, precum și
în analizarea condițiilor acestora. Poluare a și conponenții de degradare ale acest eia pot fi
identificate și dintr -un mediu cu grad forate ridicat de diluare, ceea ce oferă o metodă mult
superioară posibilități lor chimice convenționale de determinare, și prin urmare acumulările
așteptate și tendințele evoluției poluărilor locale și globale de lungă durată pot fi estimate în
avans. Este de remarcat faptul că poluantul sau urme de produse în descompunere cu trasat or
pot fi detectate chiar și atunci când sistemul este deja contaminat cu substanța respectivă.
3.1. Utilizări geochimice:

Evaluarea stării actual e a mediului înconjurător și a schimbărilor posibile, precum și
analiza impactului anumitor tipuri de poluanți poate fi efectuată în deplina cunoaștere a
cicluluigeochimic global. Datarea artificial a acestor cantități masive de substanțe nu ar fi o
sarcină ușoară și poate nici nu ar fi permisă.
Cu toatea cestea –din păcate – ca urmare a explozi ilor nucleare atmosferice a ajuns o
cantitate imens ă de izotop i radioactiv i în mediul nostru, marcând astfel involuntar straturile
superioare ale atmosferei . În acest fel putem dobândi cunoștințe noi despre mișcarea maselor
de aer și despre corelațiile existente în acest flux . Pe de altă parte în urma precipitațiilor și
depunerilor aproape toate componentele biosferei fiind marcate, nenumărate teste și studii noi
au deve nit posibile.

19
3.2. Utilizări în hidrologie:

Gospodărirea apelor este primordial o activitate industrială și agricolă,dar apa este
atât de strâns legată de condițiile noastre de viață de bază, încât protecția naturii
înconjurătoare nu se poate limita la protecția apelor curate, ci tot ce are o anumită legătură cu
apele naturale, trebuie l uată în considerare. Atât marcatorii naturali cât și cei artificiali pot fi
eficient utilizați la estimarea resurselor de apă, la studierea conexiun ii iazurilor și amestecării
apelor de suprafață, la calcularea fluxurilor și a vitez ei cursurilor de apă, precum și la
cunoașterea alimentării cu apă a solului și florei , pentru asigurarea echilibrului necesar.
Datarea nucleară nu este numai eficientă, dar de multe ori singura opțiune pentru
stabilirea resurselor, alimentării cu apăși a direcțiilor de mișcareale apelor de suprafață.
Apa din precipitații adunată la suprafața solului, ajunge după o perioadă mai lungă în
straturile de apămaiadânci. Această perioadă poate fi mai lungă , de mai mulți ani, perioadă în
care scade concentrația trițiului în apă, ca urmare a dezintegrării radioactive și astfel se poate
determina vârsta apei din strat. (atomki)

3.3. Metoda de datare cu ajutorul radionuclizilor Pb-210

Metoda Pb -210 este una dintre cele mai importante metode recente de datare a
sedimentelor. Pb 210 este un radionuclid din seria Uraniului 238 . Dezechilibrul dintre Pb -210
și Ra -226 (străm oșul său ) apare datorită difuziei Rn -222 din zona de formare. O parte din
atomi Rn -222 produși din descompunerea Ra -226 din sol, ajung în atmosferă unde se
descompun printr -o serie de radionuclizi de viața scurtă în Pb -210. (Itt reszletezzem az eges z
lebomlast ?) Acest a este readus din atmosfer ă prin precipitații sau depunere uscată , căzând pe
suprafața solului sau în lacuri. Plumbul ce cade direct în lac este transportat prin coloana de
apă și se depun e la fundul lacului sau oceane împreună cu sedimente le, aici rămâne acumulat
timp de câteva luni , urmând să fie fixat între particulele sedimentelor. Acest plumb depus din
atmosferă poate fi folosit pentru calculul vitezelor de sedimentare din lacuri sau folosit ca
trasor pentru stabi lirea unor modele meteorologice. După 2 ani Po -210 care rezultă din Pb –
210, va fi î n echilibru secular cu acesta. Po -210 este un element care emite particule alfa, care
pot fi d ecaptate și măsurate. Prin această metodă se poate estima cantitatea de Pb -210 cu
precizie mai ridicată față de metoda măsur ării direct e a Pb-210.

20
Cele mai important e utiliz ări alemetodei Pb 210 este in prevenirea inundații lor,
eroziuni lor și pentru determinarea procesului de sedimentare .
4. Măsurarea Pb -210 cu ajutorul radioizotopului Po-210

Po-210 ca element radioactiv, se găsește aproape în toate elemente le mediului, în
atmosferă, în vegetație , în sol și în ape naturale și din această cauză valoarea expunerii
radiațiilor primite de către ac est component se adaugă ca doz ă de exces la valoarea radiațiilor
de fundal. Poloniu are 25 de izotopi radioactivi, dintr -e care numai izotopi i cu număr de mas ă
208,209 și 210 au timpi de înjumătățire mai mare decât 1 zi. Dintre cei trei radioizot opi, din
punct de vedere a studiil or de mediu, ce a mai mare importanț ă o are Po -210.
Po-210 face parte din ser ia U -238 și a fost descoperit de către Marie Sklod owska
Curie și soțul ei în anul 1898. Denumirea elementului necunosc ut poartă numele Poloniei
deoarece ețara natală a lui Marie. (C. Cosma, et all. ,2009) Este un radionuclid natural emitent
alfa cu un timp de înjumătățire de aproape 139 zile, existent în mediu în urma dezintegrării a
U-238 și este distribuit în sol, în atmosferă și în ape naturale ca rezultatul dezintegrării
radonului Rn-222. O altă sursă posibilă de Po -210 sunt erupții le vulcanice, migrarea cu sarea
din m ări, arderea combustibilului fosil. Distribuția naturală a Po -210 este dependentă de
distribuția izotopului părinte, Pb -210. Împreună cu izotopul Pb -210 sunt folosit e pe scară
largă în st udiile de mediu, în studiul comportării aerosolilor atmosferici și în studiul
circuitului atmosferic.
Din cauza că se pot găsi aproape oriunde în jurul nostru, pot intra foarte ușor în lanțul
trofic prin digestie directă sau prin inhalare. Din acest motiv au fost dezvoltate multe tehnici
de măsurare a le acestor radionucli zi, pentru scăderea sau eliminarea ri scului pentru sănătatea
umană.

21
4.1. Metodologie
Pentru măsurarea concentrației de Po -210 într -un probă, utilizăm Pb -210 ca și element
pentru datare.
Problema care necesită cea mai mare atenție este evitarea pierderi lor prin vol atizare.
La începutul pregătir ii probelor am luat un vas Erlenmayer și adăugăm 0 ,5 ml Po -210 de
concenrație 100 mBq/ml. După acest pas, la probă s -a adăugat 20 ml HNO 3, care prin
încălzire și agitare continuă a fost evaporat, aproape până la uscare totală. Această metodă a
fost repetată de 2 ori, dupăcare este repetat ă procedura descris ă de 3 ori cu HCl care are
concentrația de 37%. După distrugerea cu ajutorul acidului se mai adaugă câteva picături de
H2O2 pentru eliminarea totală a materialelor organice prezente în continuare. După ac est pas
se mai adaugă 3 x20 ml apă distilată și se r epetă procedura de evaporare. La final, probele
astfel preparate s -au turnat într -o epruvetă și s -a dizolvat cu apă distilată. Pentru măsurarea
concentrațiilor de Po -210 este utilizat ă de odată doar cantitatea de 50 ml din cele 100 ml, deci
pentru evitarea și remedierea greșelilor se pot prepara 2 probe.
Prepararea probelor după metodologi a descris ă are ca scop obținerea Po -210 într -o
formă corespunzătoare pent ru determinările ce vor urma și punctul final es te că poloni ul și
trasorul să fie într -o soluție acidică fără alți compuși organici. În majoritatea cazurilor după
pasul de preparare urmează direct depunerea spontană a Po -210 pe disc.
În urma preparării probei rezultă o soluție apoasă, acidică. Pentru pr epararea surselor
utilizăm un disc de metal inox cu concentrația ridicată de Ni și cu diametru 18,5 mm. Procesul
de depuner e spontană a Po pe disc este relativ simplă și foa rte des înt âlnită în literatură , pentru
că prin ac eastă metodă se pot elimina alți emițători alfa care ar putea interfera cu peek -urile
poloniului. Problema principală a preparării de surse după acea stă dizolvare este înlăturarea
interfe renței cu ionii competitivi în procesul de depunere, în principiu cu Fe3+ care poate
cauza mari depuneri pe disc și prin aceast a se strică eficiența măsurării alfa. Pentru a înlătura
acest efect, se adaugă o cantitate de 100 mg de acid ascorbic. O altă problemă o constitu i
evaloarea pH-ului probei, ca să realizăm o depunere completă, pH -ul soluției primit e, trebuie
să aibă în intervalul 0,5 -1. Dacă soluția apoasă este prea acidică, se po ate stabiliza cu ajutorul
NaOH. În urma verificării condițiilor necesar e, urmează plasarea discului în soluți a în care va
avea loc depunerea de Po -210. Un pas foarte important este curăți rea discului înainte de
utilizare, care constă dintr -o polizare fină, urmată de o spălare folosind apă și alcool. În urma
plasării discului în soluție, paharul Berzelius este pus în cuptor. În literatur a de special itate,

22
timpul de depunere se po ate varia între 1,5 h și24h, iar temperatura de lucru între 60 °C și 95
°C,cu o valoa re medie de 5 -6 h și 80 -90 °C.
În urma trecer ii timpului, soluți a apoasă este aruncată deasupra discului și discul este
curățat cu apă distilată și este uscat.
Cu respectare pașilor descri și, găsim o sursă, care este analizat ă cu ajutorul
spectrometrie i alfa, cu plasarea sursei într -o celulă alfa. Pentru măsurarea probelor este
recoma ndat un timp de 80.000 s. Rezultatele primite, sunt analizate cu ajutoru l softwerului
Maestro 32.
5. Măsurarea concentrației Pb -210
5.1. Spectrometria alfa și gama în determinarea Pb -210
Pb 210 se po ate determina cu ajutorul spect rometriei Gama sau prin utilizarea
metodelor radiochimice.
Radiațiile gama sunt de natură electroma gnetică, cu frecvența foarte ridicat ă (de
ordinul keV sau MeV), care rezultă în urma dezintegrărilor radioactive din nuclee le existente
în reacții le nucleare. Dezintegrarea radioactiv ă de orice tip (alfa, beta, fisiunea) au ca rezultat
obținerea unui nucleu în stare excitată. Acest nucleu excitat poate revine în starea
fundamentală prin emiter ea unei sau a mai multor cuante gama. Determinarea energiilor
radiațiilor γ și a intensității lor constituie obiectul principal al spectrometriei gama.
Măsurătorile spectrometrice determină energia nivelelor nucleare excitate, a naturii stărilor
nucleare și a probabilității de tranz iție. Determinarea energiei radiațiilor gama se bazează pe
interac țiunea fotonilor cu materialulunei detect or, care produce un semnal proporțional cu
energia radiațiilor detectate. Detectori i care se pot folosi sunt detector i cu scintilație sau
detector i cu semiconductori.
Măsurarea directă a concentrației cu a jutorul spectrometriei gama prezintă un mare
avanta j față de cel elalte metode, măsurătorile se pot efectua în timp foarte scurt. În același
timp prezintă și un dezavantaj, dacă este vorb a de o concentrație foarte scăzut ă (1-100 Bq
Kg-1) se po ate întâmpla c a metoda să nu producă rezultate relevante. În acest caz, e ste indicat ă
utilizarea metodelor radiochimice. (Guogang Jia, 1999)

23

Spectroscopia alfa față de cea gama este o modalitate de a determina radionuclizi i cu o
sensibilitate mai ridicată, deci se pot m ăsura și valori reduse ale radioactivității. (Cosma,2008)
Pe lângă faptul că precizia spectroscopiei alfa față de cea gama este mai ridicată, aceste
metodă prezintă și câteva dezavantaje. Pregătirea probelor necesită cunoștințe chimice,
radiochimice, deoar ece proba care urmează să fie măsurată trebuie tratată chimic, pentru
separarea elementelor utile , respectiv și timpul de pregătirea probelor este mai îndelungat.
Precizia măsurării este inf luențată de către precizia pregătir ii probelor. Prin interacțiunea
particulei alfa cu material ul detectorului , particula își pierde energia în material , în timp ce se
emit anumite purtători de s arcină sau foton i care se pot detecta și măsura . Numărul
purtătorilor de sarcină este dire ct propor țional cu energia particulei alfa, deci prin cunoașterea
energiei putem identifica radionucl idul emițător. Pentru detectarea radiațiilor alfa se folosesc
mai multe tipuri de detectori, cum ar fi detect ori cu scintilație, detectori cu semiconductor i sau
camere de ionizare.
Proprietățile detectorilor ideali:
Detectorul ideal se po ate caracteriza printr -o eficiență de detecție înaltă , cu o absorbție
completă a radiației de interes. Acest proces are două condiții: particulele sau radiațiile
electromag netice să fie capabile să penetreze detectorul, pentru a -și depozita energia în
detector și detectorul să aibă proprietatea de a absorbi aceste radiații. Eficiența maximă se
poate obține atunci când detectorul este optim poziționat față de sursa de radiați i. (Karin Popa,
2005)
5.2. Insturmentele necesare pentru măsurare

Fig. 5. … I Fig. 6. ….II

24
(Ide ugy gondoltam hogy le irom hogy vannak ossze rakva )

5.3. Prepararea și pregătirea probelor

O cantitate de soluție etalon (Bécsi) ….se adaugă la…
(itt kulon kellene targyalni a I es II es esetekben milyen uton jartunk el. )

După acest pas, la prob a care prin încălzire și agitare continuă a fost evaporat, apro ape
până la uscarea totală,s -a adăugat 10 ml HCl cu o concentrație de 37%. După distrugerea cu
ajutorul acidului probele astfel preparate s -au dizolvat cu apă disti lată. La sfăr șitul prepar ării
probei, rezultă o cantitate de 50 ml soluție acidică.

Fig. 7. Probel e în timpul evaporării
Fig.8. P robel e în timpul distrugeri i cu acid

25

Deci î n urma preparării probei avem o soluție apoasă, acidică. Pentru prepararea
surselor utilizăm un disc de metal din oțel inox cu concentrația ridicată de Ni și cu diametru
de 18,5 mm. Procesul de depuner e spontană a Po pe disc este relativ simplă și fo arte des
întâlnită în literatură , pentru că prin ac eastă metodă se pot elimina alți emițători de radiații
alfa care ar putea interfera cu peek -urile poloniului. Problema principală a preparării de surse
după această di zolvare este înlăturarea interfe renței cu ionii competitivi în procesul de
depunere, în principiu cu Fe3+ , care poate cauza mari depuneri pe disc . Această depunere
strică eficiența măsurării radiațiilor alfa. Pentru a înlătura acest efect, se adaugă o cantitate de
100? mg de acid ascorbic. O altă problemă o constitu ie valoarea pH -ului probei . Ca să
realizăm o depunere completă, pH -ul soluției rezultate , trebuie să aibă fie în intrvalul 0,5 -1.
Dacă soluția apoas ă este prea acidică, se po ate stabiliza folosind NaOH. În urma verificării
condițiilor necesar e, urmează plasarea discului în soluți e, din care va avea loc depunerea de
Po-210. Un pas foarte important este curățarea discului înainte de utilizare, care constă dintr -o
polizare fină, urmată de o spălare folosind apă și alcool. În urma plas ării discului în soluție,
paharul Berzelius este pu s în cuptor. În literatură specială, timpul de depunere poate varia
între 1,5 -24h, iar temperatura de lucru între 60 -95 °C , cu o valoae medie de 5 -6 h și 80 -90 °C.

Fig. 9. Disc de metal înainte de
curățare Fig.10. Pregătirea dicului (proba –
soluția , discul curățat, hârtie pH)

26

5.4. Procedura de măsurare

Discu rile de metal astfel pregăti ți urmează s ă fie măsurate.

Măsurătorile au fost efectuate cu ajutorul unui spectrometru multicanal ORTEC APEC
927cu detector de semiconductor de tipul HPGe. Timpul de achiziție a spectrelor a fost de
80000 s.
Pregătirea și măsurarea probelor au fost efectuate în In stitutul de Cercetări
Interdisci plinare în Bio -Nano -Științe.

Fig. 11. Prepararea surselor
Fig.12. Discuri metalice înainte de măsurare

27
6. Rezultate și interpretarea măsurătorilor

28
CONC LUZII

29

BIBLIOGRAFIE

1. Baradács Eszter Mónika: H évizek és ásványvizek radon – és rádiumtartalma , Doktori
(PhD) értekezés, Debreceni Egyetem, Debrecen , 2002
2. Bálint Szende -Ágnes, Radon -kutatások a Kárpát -medence térségében ,Kolozsvár, 2003
3. C. Cosma S. Varvara, M. Gligor, 2008, Vârste absolute prin metode nucleare de datare,
Editura Quantum, Cluj Napoca
4. C. Cosma, T. Dicu, A. Dinu, Begy R.CS., 2009 : Radonul si cancerul pulmonar, Editura
Quantum
5. C. Cosma, T. Jurcuț., 1996, Radonul și mediul înconjurător , Editura Dacia, Cluj -Napoca
6. Colin Wessells, Cesium -137: A DeadlyHazard , Stanford Univ ersity, 2012
7. George Șindilaru, 2011, Impactulradiațiilornucleareaspuramediului , Editura BREN,
București
8. GuoangJia, Maria Belli, Massimo Blasi, Andrea Marchetti, Silvia Rosamilia, Umberto
Sansone, 1999, 210Pb and 210Po determination in environmental samples , Applied
Radiation and Isotopes 53 ( 2000), pp. 115 -120
9. Karin Popa, Doina Humelnicu, Alexandru Cecal, Radioactivitatea Mediului
Înconjur ăator, București, 2005, E dituraMATRIX ROM
10. Somlai J. -Atomerımővek környezeti hatásai ,Radioaktív kibocsátások (Magyar
Atomfórum Egyesület) , 2002
11. http://nwatchwiki.aii.pub.ro/tiki -index.php?page=Radioactivitate+mediu
12. http://www.rhk.hu