Lect. Dr. BEGY RÓBERT – CSABA [625380]

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 DISERTA ȚIE

LIMI TĂRI LEGATE DE METOD A DE DATARE
FOLOSIND RADIONUCLIDULUI Pb-210

Coordonator științific :
Lect. Dr. BEGY RÓBERT – CSABA

Absolvent: [anonimizat] – PÁLFI NOÉMI

CLUJ – NAPOCA
2018

3
CUPRINS

CUPRINS ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 3
REZUMAT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 4
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 naturală ………………………….. …….11
1.3.2. Radioactivitatea artificială. Izotopi radioactivi produși în mod artificial ………………………….. ….11
2.Pb -210, ca izotop radioactiv 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 î n atmosferă ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 15
2.2.2. Aplicațiile radionuclidului Pb -210 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …15
2.2.3. Metode de determinare a Pb -210 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …..16
3. Metode nucleare de datare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 16
3.1. Utilizări geochimice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ..18
3.2. Utilizări în hidrologie ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 19
3.3. Metoda de datare cu ajutorul radionuclizilor Pb -210 ………………………….. ………………………….. ……….. 19
4. Măsurarea Pb -210 cu ajutorul radioizotopului Po -210 ………………………….. ………………………….. ……………. 20
4.1. Metodologie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 21
5. Măsurarea concentrației Pb -210 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 23
5.1. Spectrometria alfa și gama în determinarea Pb -210 ………………………….. ………………………….. …………. 23
5.2. Instrumentele necesare pentru măsurare ………………………….. ………………………….. …………………………. 24
5.3. Prepararea și pregătirea probelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 25
5.3.1. Digestia probei ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …25
5.3.2. Prepararea sursei ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 28
5.4. Procedura de măsurare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 29
6. Rezultate și interpretarea măsurătorilor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……30
6.1. Rezultatele obținute în cazul Sistemului I. ………………………….. ………………………….. ………………………… 30
6.2. Rezultatele obținute în cazul Sistemului II. ………………………….. ………………………….. ………………………. 33
CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 36
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 38
ANEXE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ..40
ANEXA 1. Reference sheet IAEA – 447………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 40

4
REZUMAT

În secolul al XX -lea a început o mare distrugere a mediului înconjurător odată cu
dezvoltarea enormă în lumea tehnologiilor. Pentru monitorizarea, oprirea și remedierea
acestor mari distrugeri, tot tehnologiile descoperite ne oferă soluțiile. Una dintre ac este soluții
este datarea nucleară sau datarea cu ajutorul radionuclizilor .
Metoda de datare cu Pb -210 este una dintre cele mai importa nte metode recente de
datare a proceselor geodinamice din mediu.
Aceste metode sunt utilizate pe scară largă în studi ile de mediu, dar din punctul de
vedere a studierii riscurilor asociate de mediu, cea mai mare importanță a metodelor de datare
cu Pb -210 constă în determinarea vârstei de sedimentare în scopul prevenirii inundațiilor,
eroziunilor și determinarea procesulu i de sedimentare. Metoda folosește probe în forma soldiă
din care este măsurată Pb-210, pentru o precizie ridic ată folosind urmărașul sau Po -210. Po –
210 este un radionuclid emitent de radiații alfa deci necesită preparare chimică pentru
obținerea sursei mă surabilă la spectrometru. Metoda de determinare folosește un element
artificial Po -209, ca element trasor, care este adăugat la probă în stare lichidă.
Scopul principal al lucrării este studierea pierderii a radioizotopului studiat (în cazul
nostru Po-210 și trasorul Po -209) în timpul tratării chimice a probei și din cauza diferenței
între starea de agregare a probei și a trasorului .
ABSTRACT
In the 20th century has beg un a huge destruction of environment along with the
enormous development in the technology world . For the monitoring, stopping and
remediation these major destruction , all the discovered technologies offer us the solutions .
One of these new discovered solutions is nuclear dating or dating with radionuclide s.
For the monitoring of geodynamic processes in the environment , one of the most
recent ly and successful meth od is dating with radionuclide Pb-210.
These methods are used in large – scale in whole world in environmental studies, but
by the point of view risk and disaster management the main importance of Pb -210 dating
methods is to determinate the sedimentation age in order to prevent floods, erosions a nd
sedimentation process . This method uses sample in solid form, from which is measured Pb –
210, for a higher precision us ing Po -210 as the tracer. Po -210 is a radionuclide which emits
alpha radiation, so it i s necessary to be supposed for a chemical treatment to obtain a
measurable source in the spectrometer. The determination method uses an artificial element
Po-209 as the tracer, which is added to the sample in liquid form.
The main purpose of this dissertation thesis is to study the loss of the studied radioisotopes
(in our case Po -210 and Po -209 tracer ) during the chemical treatment of the sample and
because of the difference between the aggregation state of the sample and the tracer.

5
INTRODUCERE

La început radioactivitatea a fost considerată ca un dușman al omului, datorită
faptului că au fost cunoscute multe efecte negative ale acesteia aspura corpului uman și asupra
mediului. Cu trecerea timpului au fost descoperite multe aplicații benefice ale radionuclizilor,
care ajută la monitorizarea anumitor factori de mediu și a schimbărilor acestora în timp.
În secolul al XX -lea a început o mare distrugere a mediul ui înconjurător odată cu
dezvoltarea enormă în lumea technologiilor. Pentru monitorizarea, oprirea și remedierea
acestor mari distrugeri, tot tehnologiile descoperite ne oferă soluțiile. Una dintre aceste soluții
este datarea nucleară sau datarea cu ajutor ul radionuclizilor .
Pb-210 este un element radioactiv natural, face parte din seria uraniului. Izotopul Pb –
210 cu un timp de înjumătățire de 21 de ani se acumulează aproape în toți factorii de mediu ,
jucând un rol important în studiile de climatologie, d atarea sedimentelor și în dozimetrie.
Metoda de datare cu Pb -210 este una dintre cele mai importante metode recente de
datare a proceselor geodinamice din mediu.
Aceste metode sunt utilizate pe scară largă în studiile de mediu, dar din punctul de
vedere a studierii riscurilor asociate de mediu, cea mai mare importanță a metodelor de datare
cu Pb -210 constă în determinarea vârstei de sedimentare în scopul prevenirii inundațiilor,
eroziunilor și determinarea procesului de sedimentare. Una dintre cele mai utilizate metode de
datare cu ajutorul radioizotopului Pb -210 este metoda determinării concentrației Po -210 din
diferite probe, cu ajutorul spectrometriei alfa. Acea stă metodă are o precizie ridicată și prin
utilizarea ei se pot determina chiar și cantități mici de radionuclizi. Metoda necesită
cunoștințe chimice, deoarece proba care urmează să fie măsurată trebuie tratată chimic, pentru
separarea elementelor utile. Metoda folosește probe în forma solidă din care este măsurat Pb –
210, pentru precizie ridicat folosind urmațul său Po -210. Po -210 este un radionuclid emitent
de radiații alfa deci necesită preparare chimică pentru obținerea sursei măsurabilă la
spectrometru . Metoda de determinare folosește un element artificial Po -209, ca element
trasor, care este adăugat la probă în stare lichidă. Scopul principal al lucrării este studierea
pierderii a radioizotopului studiat (în cazul nostru Po -210 și trasorul Po -209) în t impul tratării
chimice a probei și din cauza diferenței între starea de agregare a probei și a trasorului.
Lucrarea prezentată ne dă răspunsul, dacă există pierderi în cazul radioizotopului studiat, din
cauza diferenței între starea de agregare a trasorulu i și a probei.

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 Becquerel încă din 1896 , care a descoperit
radioactivitatea naturală a sărurilor de radiu. Radioactivitatea ca denumire este de origine
latină, provine dint r-o combinație a două cuvinte, „radio” -radiațieși „activ” – are semnificația
de activitate.
Dintr -o altă definiție rezultă că prin radioactivitate se înțelege capacitatea nucleelor
instabile de a emite radiații ionizante, acest fenomen se numește dezintegra re radioactivă, în
urma căreia nucleul suferă o modificare bine determinată.
În urma experimentelor s -a stabilit că masa atomului 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. Radioactivitatea 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 emiterea unor unde electromagnetice cu lungime de undă foarte mică.
(Baradács, 2002).
Radioactivitatea este un fenomen exoterm, adic ă 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 nucleelor
rămase nedezintegrate se reduce.
Radioactivitatea nu însemnă 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. Specialiștii au demonstrat că organismul u man 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 medicina nucleară, industrie, agricultură, prod ucerea energiei, astrofizică, și altele.

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 Becquerel pe 26 februarie 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 necunoscute. 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 descope ririi de către R ӧentgen, 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
penetrare, 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 pr in diferitele procente de element radioactiv conținut. Analiza
ulterioară a minereurilor 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
Becqu erel 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 def inită ca numărul de dezintegrări pe secundă ș i se măsoarăînB q(
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 nucleu 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 transformar e se numește dezintegrare radioactivă.
1.2. Tipurile de dezintegrare 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,
substanțeușoareși 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 aceleași 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 geologi ce cu privire la zăcămintele de petrol și multe
altele.

Figura 2.137m56Ba dezintegrarea 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 de nuclizi cunoscuți până în prezent doar 290 sunt stabili, 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 naturale 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. Izotopi radioactivi de proveniență natural ă

Prin radioactivitate nat urală 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, așa
dar aceștia pot reprezenta pericol de radiație extern și intern în acelaș timp pentr u organismul
uman.
1.3.2. Radioactivitatea artificială. Izotopi radioactivi produși în mod artificial

Putem vorbi despre radioactivitate antropogenă în cazul în care izotopii radioactivi
produși în mod artificial și care în mod curent nu 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 exces la valoarea rad iațiilor de fundal.

2.Pb -210, ca izotop radioactiv natural

2.1. Serii radioactive. Seria U -238

Mai multe experimente au demonstrat că dezintegrarea elementelor grele cu Z > 82
prin emisii spontane 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 primordiali, sunt nuclee radioactive naturale,
care se găsesc pe suprafața Pământu lui. Au existat pe Pământ încă de la formarea acestuia și
dezintegrarea lor nu este completă nici în prezent. Dintre acești radionuclizi, printre cei mai
cunoscuți menționăm sunt 238U, 235U, 232Th,226Ra, 222Rn, 40K. Acești radionuclizi primordiali
au timp de înjumătățire de ordinul sutelor de milioane de ani. (Karin, 2005)

12
Tabelul nr.1Radionuclizi primordiali
Radionuclizi Simbol Timpul de
înjumătățire Activitatea
naturală
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; concentra ția 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: https://sites.google.com/isu.edu/health -physics -radinf/radioactivity -in-nature

Dintre acești radionuclizi primordiali, U și Th sunt părinții a trei serii radioactive,
aceste trei serii includ toate elementele radioactive naturale. Aceste trei serii au fost descrise
complet încă din anul 1935 și poartă denumirea : seria uraniului, seria actiniului și seria
thoriului. Aceste s erii radioactive au în capătul superior radionuclizii naturali, urmate de
nucleele radioactive formate prin transformări succesive și la capătul inferior se termină 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.

13

Tabelul nr.2 Serii radioactive
Familia Nucleu cap de
serie Număr de masa Nucleu final de
serie T1/2 (ani)
Uraniu 4n+2 4,47 x 109
Thoriu 4n 7,04 x 108
Actiniu 4n+3 1,41 x 1010
Neptuniu 4n+1 2,14 x 106
Sursa: George, 2011. , Karin,2005
Seria radioactivă a uraniului:
Uraniul 238 este cel mai greu dintre izotopii naturali și se dezintegrează foarte încet
prin emisiile de raze 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 .

Fig.3. Lanț ul de dezintegrare al Uraniului (http://nwatchwiki.aii.pub.ro/tiki –
index.php?page=Radioactivitate+mediu )

14
2.2. Radioizotopul 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 timpului 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 dezinte grării succesive de câteva
minute (Po -218 are timp de înjumătățire 3,11 minute, 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 produsul dezintegrării
nucleului 222Rn prin următoarele tranformări:

Fig.4. Lanțul de dezintegrare al Uraniului
(http://atomfizika.elte.hu/magfiz/sug/sug20080320_files/image042.jpg )

15
2.2.1. Formarea Pb -210 în atmosferă

Rn -222, produs în urma dezintegrării Ra -226 din sol, ajunge în atmosferă prin difuzie
sau prin fisuri. Rn -222 în atmosferă se dezintegreză în Pb -210 printr -un număr de radionuclizi
cu viața scurtă. Măsurători ale concentrației de Pb -210 din aer indică că acesta se află un timp
scurt în atmosferă. (Begy , 2008 ) Atomii de Pb -210 sunt atașați de aerosol i 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 pre cum regimul
pulviometric sau locația geografică.
Izotopul Pb -210 (RaD) cu un timp de înjumățire 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.
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 izotopul 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, care produc
inundații ;
 Trasor pentru monitorizarea poluării atmosferice cu metale grele, poluanți
organici, emisii radioactive cauz ate de instalațiile nucleare , etc.;
 În urmărirea dinamicii bazinelor de râuri și ape ;
 În determinarea și monitorizarea eroziunii solului, determinarea schimbărilor în
procesul de eroziune, cauzate de împăduriri, despăduriri și shimbările în
practica agricolă ;
 În cazul datării straturilor glaciare ;
 Datarea straturilor sedimentare pentru reconstrucția poluării ;

16
 determinări de flux a radonului Rn-222;
 monitorizarea Pb -210, fiindcă acesta se acumulează în organismele vii și
pătrund în lanțul alimentar, după ce ajunge în echilibru cu Po -210 care este
emitent de radiați alfa;
 Determinarea schimbărilor calitative ale apelor .
Din punctul de vederea evaluării riscului și securitatea mediului, cele mai importante
aplicații a radionuclidului Pb-210 sunt cele care ajut ă 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 eroziunile, care se pot produce în viitor. (Cosma, 2008)

2.2.3. Metode de determinare a Pb -210

În general este utilizată una dintre cele trei metode enumerate:
1. Determinarea directă a activității radionuclidului Pb -210: este cea mai simplă metodă și
constă în determinarea directă a activității radionuclidului Pb -210 prin tehnici spectrometrice
gama. Această metodă prezintă avantajul, că prepararea probelor se poate face cu mare
usurințăși 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, metodă 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 condițiile de lucru.
3. Măsurarea ac tivității Bi -210: Bi -210 se separă de Pb -210 și în timpul acestei separări se
emit particule β ce pot fi detectate. Prepararea chimică a probei este foarte complexă și din
această cauză metoda Bi -210 este folosită de foarte puțini cercetări. (Begy , 2008 )

17
3. Metode nucl eare de datare

Metodele de datare nucleară sunt metode absolute având ca ecuație de determinare a
vârstei, o formulă derivată din legea dezintegrării radioactive. Există totodată și metode de
datare absolută, 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 luminescențăși rezonanța electrică de spin. (C.Cosma, et
all.,2008)
În secolul al XX -leaa 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 aceste
soluții este da tarea nucleară sau datarea cu a jutorul radionuclizilor. Această metodă, dacă nu e
folosit rațional sau în condiții necorespunzătoare și el în sine poate fi considerată ca un posibil
pericol pentru mediul înconjurător și pentru viețile omenești, dar în acel ași timp dacă este
utlizat după termenii stabiliți, ne oferă în mod unic informații foarte utile despre starea actuală
a componenților de mediu, despre gradul de contaminarea lor și ne oferă o posibilitate pentru
determinarea cantitativă a acestor distruge ri.
Descoperirea metodelor nucleare de datare și utilizarea acestoraîn diferite științe cum
ar fi biologia, chimia, știința mediului și medicina, este legat de numele lui Hevesy György,
care a primit premiul Nobel pentru această descoperire științifică.
Scopul datării nucleare cu radioizotopi este același ca și folosirea indicatoarelor
chimice în anumite cercetări, radioizotopii arată un fenomen sau un flux , datorită prezenței
lor nu se modifică procesul, dar sunt difuzate anumite informații într -un timp și loc definit
despre decurgerea procesului, despre prezența sau absența anumitor compuși și despre
concentrațiile lor. Pentru determinarea compoziției unei substanțe, determinarea modificărilor
legate de compoziția și cantitatea lor, este indicat folosir ea unui component care are
caracteristici fizice chimice, biologice asemănătoare cu substanța analizată, dar ce diferă la
una din caracteristicile specifice. Astfel de caracteristică specifică poate să fie radiația emisă
de către radionuclizi, cu ajutorul cărora se poate urmări traseul și transformările izotopului
utilizat.
Din scara largă a utilizării metodei de datare cu ajutorul izotopilor radioactivi în zilele
noastre pe lângă utilizarea lor în radioterapii, în analizarea concentrațiilor anumitor

18
compo nenți, în industria farmaceutică, în biologia vegetală, această metodă are o deosebită
importanță și în protecția mediului , de exemplu în evaluarea și prevenirea anumitor catastrofe
naturale. Radionuclizii în domeniul protecției mediului sunt utilizate p entru datarea nucleară,
în detectarea și urmărirea ciclului de viață a anumitor componenți dăunătore (pesticide,
detergenți , deșeuri ) respectiv în studierea conexiunii între elementele care alcătuiesc mediul
înconjurător , în studii geochimice și hidrol ogice.
Datarea cu radionuclizi se poate realiza atât cu radionuclizi naturali cât și cu cei
produși în mod artificial, ambele arată cu un randament ridicat originea unui poluant, drumul
pe care l -a parcurs și schimbările în structura sa chimică. Cu ajutor ul 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 și eficientă în
depistarea originii contaminării, a monitorizării transformărilor chimice succesive, precum și
în analizarea condițiilor acestora. Poluarea și conponenții de degradare ale acesteia pot fi
identificate și dintr -un mediu cu grad forate ridicat de diluare, ceea ce oferă o metodă mult
superioară posibilităților 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 trasator
pot fi detectate chiar și atunci când sistemul este deja contaminat cu substanța respectivă.
3.1. Utilizări geochimice

Evaluarea stării actuale a mediului înconjurător și a schimbărilor posibile, precum și
analiza impactului anumitor tipuri de poluanți poate fi efectuată îndeplina cunoaștere a
ciclului geochimic global. Datarea artificial ă a acestor cantități masive de substanțe nu ar fi o
sarcină ușoară și poate nici nu ar fi permisă.
Cu toate acestea –din păcate – ca urmare a exploziilor nucleare atmosferice a ajuns o
cantitate imensă de izotopi radioactivi 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 devenit 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 luată în considerare. Atât marcatorii naturali cât și cei artificiali pot fi
eficient utilizați la estimarea resurselor de apă, la studierea conexiunii iazurilor și amestec ării
apelor de suprafață, la calcularea fluxurilor și a vitezei 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 apă mai adânci. 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. (Biro T., 1892 )

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(strămoșul 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.Acesta este readus din
atmosferă prin precipitații sau depunere uscată, căzând pe suprafața solului sau în lac uri.
Plumbul ce cade direct în lac este transportat prin coloana de apă și se depune la fundul
lacului sau oceane împreună cu sedimentele, 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 stabilirea
unor modele meteorologice. După 2 ani Po -210 care rezultă din Pb -210, va fi în echilibru
secular cu acesta. Po -210 este u n element care emite particule alfa, care pot fi decaptate și
măsurate. Prin această metodă se poate estima cantitatea de Pb -210 cu precizie mai ridicată
față de metoda măsurării directe a Pb -210. (Begy,2008)

20
Cele mai importante utilizări ale metodei Pb 2 10 este în prevenirea inundațiilor,
eroziunilor 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 elementele mediului, în
atmosferă, în vegetație, în sol și în ape naturale și din această cauză valoarea expunerii
radiațiilor primite de către acest component se adaugă ca doză de exces la valoare a radiațiilor
de fundal. Poloniu are 25 de izotopi radioactivi, dintr -e care numai izotopii cu număr de masă
208,209 și 210 au timpi de înjumătățire mai mare decât 1 zi. Dintre cei trei radioizotopi, din
punct de vedere a studiilor de mediu, cea mai mare i mportanță o are Po -210.
Po-210 face parte din seria U -238 și a fost descoperit de către MarieSklodowska Curie
și soțul ei în anul 1898. Denumirea elementului necunoscut poartă numele Poloniei deoarece
este țara natală a lui Marie. (C. Cosma, et all. ,200 9) 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 sur să posibilă de Po -210 sunt erupțiile vulcanice, migrarea cu sarea
din mări, arderea combustibilului fosil. Distribuția naturală a Po -210 este dependentă de
distribuția izotopului părinte, Pb -210. Împreună cu izotopul Pb -210 suntfolositepe 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 moti v au fost dezvoltate multe tehnici
de măsurare ale acestor radionuclizi, pentru scăderea sau eliminarea riscului pentru sănătatea
umană.

21
4.1. Metodologie

Pentru măsurarea concentrației de Po -210 într -o probă, utilizăm Pb -210 ca și element
pentru datare.
Problema care necesită cea mai mare atenție este evitarea pierderilor prin volatizare.
La începutul pregătirii probelor am luat un vas Erlenmayer și am adăug at 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, după care este repetată procedura descrisă de 3 ori cu HCl care are
concentraț ia de 37%. După distrugerea cu ajutorul acidului se mai adaugă câteva picături de
H2O2 pentru eliminarea totală a materialelor organice prezente în continuare. După acest pas
se mai adaugă 3×20 ml apă distilată și se repetă procedura de evaporare. La fina l, probele
astfel preparate s -au turnat într -o epruvetă și s -a dizolvat cu apă distilată. Pentru măsurarea
concentrațiilor de Po -210 este utilizată deodată doar cantitatea de 50 ml din cele 100 ml, deci
pentru evitarea și remedierea greșelilor se pot prepa ra 2 probe.
Prepararea probelor după metodologia descrisă are ca scop obținerea Po -210 într -o
formă corespunzătoare pentru determinările ce vor urma și punctul final este că poloniul 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 prepararea surselor
utilizăm un disc de metal inox cu concentrația ridicată de Ni și c u diametru 18,5 mm. Procesul
de depunere spontană a Po pe disc este relativ simplă și foarte des întâlnită în literatură, pentru
că prin această metodă se pot elimina alți emițători alfa care ar putea interfera cu peek -urile
poloniului. Problema principală a preparării de surse după această dizolvare este înlăturarea
interferenței cu ionii competitivi în procesul de depunere, în principiu cu Fe3+ care poate
cauza mari depuneri pe disc și prin aceasta se strică eficiența măsurării alfa. Pentru a înlătura
acest efect, se adaugă o cantitate de 100 mg de acid ascorbic. O altă problemă o constituie
valoarea pH-ului probei, ca să realizăm o depunere completă, pH -ul soluției primite, trebuie
să aibă în intervalul 0,5 -1. Dacă soluția apoasă este prea acidică, se poate stabiliza cu ajutorul
NaOH. În urma verificării condițiilor necesare, urmează plasarea discului în soluția în care va
avea loc depunerea de Po -210. Un pas foarte important este curățirea discului înainte de
utilizare, care constă dintr -o polizare fină, urmată de o spălare folosind apă și alcool. În urma

22
plasării discului în soluție, paharul Berzelius este pus în cuptor. În literatura de specialitate,
timpul de depunere se poate varia între 1,5h și24h, iar temperatura de lucru între 60°C și95
°C, cu o valoare medie de 5 -6 h și 80 -90 °C.
În urma trecerii timpului, soluția apoasă este aruncată deasupra discului și discul este
curățat cu apă distilată și este uscat.
Cu respectare a pașilor descri s și, găsim o sursă, care este analizată cu ajutorul
spectrometriei alfa, cu plasarea sursei într -o celulă alfa. Pentru măsurarea probelor este
recomandat un timp de 80.000 s. Rezultatele primite, sunt analizate cu ajutorul softwerului
Maestro 32.

23
5. Măsurarea concentrației Pb -210
5.1. Spectrometria alfa și gama în determinarea Pb -210

Pb 210 se poate determina cu ajutorul spectrometriei Gama sau prin utilizarea
metodelor radiochimice.
Radiațiile gama sunt de natură electromagnetică, cu frecvența foarte ridicată (de
ordinul keV sau MeV), care rezultă în urma dezintegrărilor radioactive din nucleele existente
în reacțiile nucleare. Dezintegrarea radioactivă de orice tip (alfa, beta, fisiunea) au ca rezultat
obținerea unui nucleu în stare excitată. Acest nucleu excitat poate revine în starea
fundamentală prin emiterea 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 excitat e, a naturii stărilor
nucleare și a probabilității de tranziție. Determinarea energiei radiațiilor gama se bazează pe
interacțiunea fotonilor cu materialulunei detector, care produce un semnal proporțional cu
energia radiațiilor detectate. Detectorii car e se pot folosi sunt detectori cu scintilație sau
detectori cu semiconductori.
Măsurarea directă a concentrației cu ajutorul spectrometriei gama prezintă un mare
avantaj față de celelalte metode, măsurătorile se pot efectua în timp foarte scurt. În același
timp prezintă și un dezavantaj, dacă este vorba de o concentrație foarte scăzută (1-100 Bq
Kg-1) se poate întâmpla ca metoda să nu producă rezultate relevante. În acest caz, este indicată
utilizarea metodelor radiochimice. (GuogangJia, 1999)
Spectroscop ia alfa față de cea gama este o modalitate de a determina radionuclizii cu o
sensibilitate mai ridicată, deci se pot măsura și valori reduse ale radioactivității. (Cosma,2008)
Pe lângă faptul că precizia spectroscopiei alfa față de cea gama este mai ridica tă, aceste
metodă prezintă și câteva dezavantaje. Pregătirea probelor necesită cunoștințe chimice,
radiochimice, deoareceproba care urmează să fie măsurată trebuie tratată chimic, pentru
separarea elementelor utile, respectiv și timpul de pregătirea probel or este mai îndelungat.
Precizia măsurării este influențată de către precizia pregătirii probelor. Prin interacțiunea
particulei alfa cu materialul detectorului, particula își pierde energia în material, în timp ce se
emit anumite purtători de sarcină sau fotoni care se pot detecta și măsura. Numărul
purtătorilor de sarcină este direct proporțional cu energia particulei alfa, deci prin cunoașterea

24

energiei putem identifica radionuclidul emițător. Pentru detectarea radiațiilor alfa se folosesc
mai multe tipu ri de detectori, cum ar fi detectori cu scintilație, detectori cu semiconductori sau
camere de ionizare.
Proprietățile detectorilor ideali:
Detectorul ideal se poate caracteriza printr -o eficiență de detecție înaltă, cu o absorbție
completă a radiației d e interes. Acest proces are două condiții: particulele sau radiațiile
electromagnetice 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 radiații. (Karin Popa,
2005)

5.2. Inst rumentele necesare pentru măsurare

Dispozitivele cu care am realizat experimentului , au fost construite în două moduri
diferite, în felul următor:

Fig. 5. Sistemul I (Imag. proprie) Fig. 6. Sistemul II (Imag. proprie)

25

Sistemul I. – Instalația de distilare
Componentele sistemului:
 pahar Erlenmayer
 sursă de căldură : aragaz,
care funcționează la 170 ° C
 vas de colectare: pahar
Berzelius
 refrigerant cu serpentină
(coloana de condensare)

Sistemul II.
Sistemul este const ituit din:
 pahar Erlenmayer
 sursă de căldură: aragaz
 coloana de conectare
 pâlnie
 suport

sursă de căldur
5.3. Prepararea și pregătirea probelor

5.3.1 . Digestia probei

Într-un pahar Erlenmayer am preparat soluția de bază, care conține o cantitate de 0,5
gsoluție etalon IAEA 4471 și 0,5 ml Po -210 cu concentrația 100 mBq în forma de soluție ,
având ca bază HCl. Această procedură este aplicată în cazul fiecărei probe care este supus la
explorare acidică, pentru că prin această metodă se poate distruge matricea substanței studiate
și pot fi extrase componentele, care urmează să fie analizate/ studiate. Pași i, care urmează
după pregătirea soluției de bază sunt diferite la cele două instalații, deci sunt discutate separat.
Instalația I : La soluți a de bază am adăugat 30 ml HNO 3și am asteptat până când
sursa de încălzire s-a încălzit la temperatura de 170° C. După ce s -a atins temperatura dorită a
început procesul de distilare. Ca și recipient de colectare, am folosit pahare de Berzelius,
prima probă am obținut după ce în paharul Berzelius s -a acumulat 10 ml de soluție, pe care

1IEAE – 447 cu con ținut de Pb -210 420 Bqkg-1 și Po-210 423 Bq kg-1 , conform ReferenceSheet IEAE -447 ,
lansat de International Atomic Energy Agency în anul 2009. Conform cu legile dezintegrării radioactive, în
momentul defa ță etalonul con ține 321 Bqkg-1 Pb-210 și 322 Bqkg-1 Po-210. (ANEXA 1.)

26
am pus pe un alt aragaz să se evapor e în continuare și în locul ei am așezat un alt pahar
Berzelius steril și am așteptat până când s -a acumulat încă 10 ml de soluție. Procedura a fost
repetată de 3 ori, deci probele I.1, I.2., I.3. au fost obținute astfel. După distrugere cu HNO 3,
am făcut distrugerea acidică și cu HCl cu o concentrație de 37%, în felul următor: la soluția de
bază, evaporat aproape complet, am adăugat 30 ml HCl și am așteptat până când se
acumulează 15 ml de soluție în paharul Berzelius, după care am schimbat paharul. Metoda a
fost repetată de 2 ori, deci probele I.4, I.5. au fost obținute astfel. După distrugerea acidică, a
urmat procesul de dezacidificare, care am realizat -o cu apă distilată, am adăugat la soluția de
bază 30 ml de apă distilată, și am lăsat să se evapore a proape complet, astel am primit soluția
I.6.. Soluția evaporată aproape total am turnat -o într -un pahar de Berzelius și am adăugat apă
distilată ca să primesc 50 ml de probă din care urmează să fie pregătite sursele.
Instalația II. : După prepararea sol uției de bază, începe distrugerea acidi că. În prima
fază am adăugat 30 de ml HNO 3 la soluția de bază și după distilare s -a acumulat 10 ml de
soluție probă, pe care am turnat -o într -un pahar Berzelius. Pasul aceasta a fost repetat de 3
ori, după fiecare 10 ml am turnat soluția primită în pahare Berzelius. Pașile acestea au fost
importante ca să vedem concentrația de Po 210 a soluției distilate în funcție de timp. Deci
probele II.1., II.2., II.3. și II.4 le-am obținut prin disturgerea acidică a soluției de bază cu
HNO 3. După distrugerea cu HNO 3, a urmat distrugerea cu HCl, la soluție am adăgat 30 de ml
HCl cu o concentrație de 37% și procedura a fost repetată, după ce s -a acumulat 10 ml de
soluție și am turnat soluția găsităîntr -un pahar Berzelius. Proced ura a fost repetată de 2 ori,
deci probele II.5, II.6., II.7. au fost găsite astfel. După distrugerea acidică, a urmat procedura
de dezacidificare, pe care am realizat -o cu ajutorul apei distilate. În cazul procedurei de
dezacidificare, la soluție am adă ugat 30 de ml apă distilată, pe care am lăsat -o să se evapore.
Deci proba II.8. a fost pregătită astfel. La sfârșit soluția care a rămas în vasul Erlenmayer, am
turnat -o într -un pahar Berzelius și am adăugat apă distilată, până când am primit 50 de ml de
soluție probă, pe care l -am numit proba II.9.
După ce am terminat digestia soluțiilor de bază, cu ajutorul Instalațiilor I și II, pașiile
următoare au fost similare în cazul fiecărei probe, indiferent prin ce instalații au fost pregătite.
Probele (în to tal 16 probe) au fost puse în cuptor și am așteptat până când s -au evaporat
aproape complet.

27

După acest pas, la fiecare probă, s -a adăugat 10 ml HCl cu o concentrație de 37%și am
așteptat să se distrugă substanțele organice, care sunt încă prezente în probe. După ce
probelecare prin încălzire și agitare continuă au fost evaporate aproape până la uscarea
totală,le -am dizolvat cu atâta apă distilată, ca să primesc 50 ml de soluție.
La sfârșitul pr eparării probelor, a rezultat o cantitate de 50 de ml soluție, din care la
următorul pas am pregătit sursele. Pregătirea surselor a fost făcută din fiecare soluție separat.

Fig. 7. Probele în timpul evaporării (Imag. proprie)
Fig.8. Probele în timpul distrugerii cu acid (Imag.
proprie)

28
5.3.2. Prepararea sursei

Deci în 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 depunere spontană a Po pe disc este relativ simplă și foarte des
întâlnită în literatură, pentru că prin această metodă se pot elimina alți emițători de radiațiialfa
care ar putea interfera cu peek -urile poloniului. Problema principală a preparării de surse după
această dizolvare este înlăturarea interferenței 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 constituie valoarea pH -ului probei. Ca să realizăm o depunere
completă, pH -ul soluției rezultate, trebuie să aibă fie în intrvalu l 0,5 -1. Dacă soluția apoasă
este prea acidică, se poate stabiliza folosind NaOH. În urma verificării condițiilor necesare,
urmează plasarea discului în soluție, din care va avea loc depunerea de Po -210. Un pas foarte
important este curățarea discului înai nte 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 literatură specială, timpul de depunere poate varia între 1,5 -24h, iar
temperat ura de lucru între 60 -95 °C, cu o valoare medie de 5 -6 h și 80 -90 °C.

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

29

5.4. Procedura de măsurare

Discurile de metal astfel pregăti te urmează să fie măsurate. În total am obținut 16
probe.

Măsurătorile au fost efectuate cu ajutorul unui spectrometru alfa ORTEC SOLOIST,
echipat cu un analizor multicanal ORTEC APEC 927cu detector de semiconductor de tipul
PIPS (PassiveImplanted Planar Silicon).Timpul de obținere a spectrelor a fost ales în fun cție
de activitatea probei (în jur de 80.000 s) și rezultatele obținute au fost analizate cu softul
Maestro 32.
Fig. 11. Prepararea surselor (Imag. proprie)
Fig.12. Discuri metalice înainte de măsurare (Imag. proprie)

30

Fig . 13. Spectrul Po -209 și Po -210 obținut după terminarea măsurătorilor cu spectrometria alfa

6.Rezultate și interpretarea măsurătorilor

Rezultate:
; unde: I- intensitat e
Fond – radiația de fond a celulei alfa

6.1. Rezultatele obținute în cazul Sistemului I.
Tabelul nr.3. Rezultate le din S istemul I.

Nr. Probei Po-209 (Bqkg-1) Po-210 (Bqkg-1)
HNO 3

I.1 1,07 –
I.2 0,05 –
I.3 0,03 0,688
HCl
I.4 0,408 0,478
I.5 0,4308 0,314
H2O2 I.6. 0,60393 0,23
Valoarea totală
2,59 1,71
Final I.7 323± 20

31

Fig. 1 4. Concentra ția Po -209 și Po-210 în diferite probe

După cum se po ate observa și în graficile, rezultatele obținute sunt împărțite în 3
zone, în funcție de felul cum am realizat explorarea probelor. Prima trăime, reprezintă
rezultatele primit e în urma distruger ii probelor cu HNO 3 . Cantit ățile de Po -209 măsurat e în
probe sunt : în proba I.1., adi că în prima 10 ml de prob ă evaporat ă este de 1,07 Bq kg-1 , în
proba I.2., adică următo area 10 ml de prob ă este de 0,05 Bq kg-1, iar în proba I.3. adică în
ultim a 10 ml din explorarea cu HNO 3 este de 0,03 Bq kg-1 . Cantitățile de Po -210 în cazul
probelor I.1 și I.2. au fost atât de mici, încăt nu au fost determinate de către detectoare,
primele cantități relevante au apărut la proba I.3. la care cantitatea măsurat ă a fost de 0,688
Bq kg-1.
Partea a dou a a rezultatelor se referă la cantitățile care au fost măsurate în timpul când
proba a fost explorat ă cu HCl. Cantitățile de Po -209 măsurate au variat astfel: la proba I.4.,
adică la prima 15 ml de prob ă evaporat ă a fost de 0,408 Bq kg-1,iar în cazul probei I.5. a fost
măsurat ă 0,4308 Bq kg-1. Cantitățile de Po -210 măsurate variază în felul următor : în cazul
probei I.4. a fost măsurat ă 0,478 Bq kg-1,iar în cazul probei I.5. este de 0,314 Bq kg-1 .
Conținutul de radionuclizi Po -209 și Po-210 începe să fie s emnificativ la etapa de distruger e
acidică a probei cu HCl.
Ultim a trăime a rezultatelor se referă la secțiunea de dezacidificare, care este defapt
spălarea sistemului și rezultatele obținute sunt următoarele: în cazul elementului Po -209
concentrația măsu rată de Po -209 este de 0,60393 Bq kg-1, iar în cazul elementului Po -210 este
0,23 Bq kg-1..

32
Dacă calculăm valorile totale măsurate a poloniu lui, rezultă că concentrația totală
măsurat ă a Po-210 este 2,59 Bq kg-1 și Po -209 este 1,71 Bq kg-1 , care în total este 4,3 Bqkg-1.
Acestă valoare reprezintă defapt pierderea de cantități Po -209 și Po -210 față de concentrați a
inițială a probei.
În cazul probei I.7., care a fost defapt rămasă după explorarea probei, care s-a diluat cu
apă d istilată, activitatea măsurată pentru Po -210 a fost 323 ± 20 Bq kg-1 .
Etalonul IAEA -447, care s-a folosit la prepararea probei, a avut o concentrație a Po-
210 de 423 Bq kg-1 în momentul preparări i, la 15 noi embrie 2009, conform cu legile
dezintegrării radioactive, iar în momentul utilizării etalonului a avut concentrați a Po-210
de 322 Bq kg-1 . (ANEXA 1. )
Concentrația finală măsurată, adică 323 ± 20 Bq kg-1 se po ate considera egală cu
valoarea concentrației inițial e a etalonului, ceea ce î nseamnă că pierderea concen trațiilor de
radionuclizi se compensează, deci se po ate considera neglijabil ă din punctul de vedere a
determin ării concentrației diferite lor radionuclizi.
Rezultatul obținut arată că metoda descrisă, prepararea, tratarea chimică a probelor și
măsurarea concentrației este o metodă cu precizi e ridicată, pierderea existentă în timpul
tratării probelor din cauza diferenț ei între stările de agregare a tra sorului și a probelor este
nesemnificativă .

33
6.2. Rezultatele obținute în cazul Sistemului II.
Tabelul nr.4. Rezultate le din S istemul II .

Nr. Probei Po-209 ( Bq kg-1 ) Po-210 ( Bqkg-1 )
HNO 3 + HCl II.1. 0,695 0,41
II.2. 0,603 0,29
II.3. 0,0495 0,07
II.4. 0,041 0,04
HCl II.5. 0,162 1,083
II.6. 0,017 0,199
II.7. 1,589 11,08
H2O2 II.8. – –
Valoarea totală
3,1565 13,172
Final II.9. 367 ± 40

Fig .1 5. Concentra ția Po -209 și Po-210 în diferite probe

În cazul SistemuluI II, interpretarea rezultatelor s -a făcut la fel ca și la Sistemul I,
adică, împărțirea rezultatelor în funcție de tratarea chimică cu diferiți aditivi chimici.

34
Prima trăime reprezint ă rezultatele primite în urma distruger ii soluției de bază cu
HNO 3 și HCl, adică cu ap ă regală. Inițial distrugerea soluției de bază în ace astă fază, s-a făcut
cu HNO 3, dar din cauza faptului, că la începutul experimentului, sistemul s -a răcit și a scăzut
presiunea , datorită acestuia, soluția car e s-a acumulat în recipientul de colectare, a fost retras ă
de către sistem. Ca urmare a aceast ei retrager i, soluția apoasă din recipientul de colectare s -a
amestecat cu soluția de bază și datorită acest ei amestec ări experimentul a fost realizat cu apă
regală, adică cu amestecul HNO 3 și HCl. În cazul probei II.1. concentrația Po -209 este de
0,695 Bq kg-1 , iar concentrația radion uclidului Po -210 este de 0,41 Bq kg-1 . La proba II.2.
concentrațiile sunt următoare le: concentrația Po -209 este de 0,603 Bq kg-1 , iar concentrația
Po-210 este 0,29 Bq kg-1 . La proba următoare, proba nr. II.3. , concentrația Po -209 are valoare
de 0,0495 Bq kg-1 și valoarea Po -210 este 0,07 Bq kg-1 . În cazul probei II.4. concentrația Po –
209 este 0,041 Bq kg-1 , iar Po -210 este 0,0 4 Bq kg-1 . La probele II.3. și II.4. se po ate
observa faptul , că sistemul a restras soluția după un scurt timp, deci radionuclizi i nu au avut
timp să se acumulez e în cantități semnificativ e în pâlnie , în care s -a acumulat proba .
În partea a doua a gr aficului sunt prezentate concentrațiile obținute în probele pe care
le-am primit în urma distruger ii soluției de bază cu HCl. Rezultatele astfel primite sunt
următoare le: în cazul probei II. 5. concentrația radionuclidului Po -209 este 0,162 Bq kg-1 iar
radionucliduui Po -210 este 1,083 Bq kg-1 . La proba II.6. se po ate observa, că sistemul a
retras din nou soluți a acumulat ă, concentrațiil e măsurate au valor i scăzute. Concentrația Po –
209 în probe este de 0,017 Bq kg-1 , iar Po -210 este 0,199 Bq kg-1 . În cazul probei II.7.
rezultatele primite arată o concentrați e de 1,589 Bq kg-1 în cazul radionuclidului Po -209 și o
concetrați e de 11,08 Bq kg-1 în cazul radionuclidului Po -210.
La ultim a trăime se po ate observa, că în urma dezacidific ării soluției de bază, care la
acel moment a fost evaporat ă aproape complet, soluția acumulată nu conține radionuclizi de
Po-209 și Po -210 sau conține într -o cantitate atât de nesemnificativă încât nici nu s-a putut
capta de către detector. Deci în urma dilu ării cu apă, soluția primit ăa fost tot apă, fără un
conținut de radionuclizi semnificativ.
Dacă adunăm valorile obținute, rezult ă că valoarea totală a concentrațiilor măsurate ale
radionuclizilor Po -209 și Po -210 în soluți a de bază explorat ă cu Sistemul II este de
3,1565 Bq kg-1 în cazul radionuclidului Po -209 și de 13,172 Bq kg-1 în cazul
radionucliduluiPo -210. Valoarea totală măsurat ă referito are la concentrația de Po este de
16,32 Bq kg-1 . Ace astă valoare reprezintă pierder ea concentrați ei Po a soluției initiale .

35
Concentrația de Po -210 a probei II.9. este de 367 ± 40 Bq kg-1 .
Etalonul IAEA -447, care s-a folosit la prepararea probei, a avut o concentrație aPo-
210 de 423 Bq kg-1 în momentul preparări i, la 15 noi emberie 2009, conform cu legile
dezintegrării radioactive, în momentul utilizării etalonului a avut concentrația Po -210
de 322 Bq kg-1 . (ANEXA 1 .)
Comparând valoarea concentrației etalonului și concentrați a probei II.9., adică
valoarea c oncentrației la ultima probă, care s-a obținut prin umplarea cu apă distilată a soluției
de bază evapor ată aproape complet, putem constata faptul că nici în cazul Sistemului II nu se
poate observa o pierdere seminificativă a concentrației de Po, din cauza diferenței de stare de
agregare a probei și a etalonului ,ceea ce înseamnă că ulterior se pot folosi cu o precizie
ridicată tratarea chimică, explorarea și măsurarea probei, conform pași lor urmări ți în cazul
Sistemului II.

36
CONCLUZII

În lucrarea prezentată a fost studiată metoda de datare nucleară cu ajutorul Pb -210 și
precizia acesteia. Metoda de datare nucleară cu Pb -210 are o importanță deosebită în studierea
și prevenirea catastrofelor naturale, de exemplu prin determinarea vârstei de sedimentare, a
schimbărilor în procesul de eroziune, cauzate de împăduriri, despăduriri în scopul prevernirii
inundațiilor și a eroziunilor.
Pe parcursul cercetăril or mele, am reușit să demonstrez, că prin utilizarea metodei de
datare cu radioizotopul Pb-210, metoda care necesită tratarea chimică a probei și la care Pb –
209, ca element de tra sor este adăugat în stare de agregare lichidă, până când probele studiate
de cele mai multe ori sunt sub forma solidă, primim rezultate clare, fără pierderi semnific ative
din valoarea radionuclidului măsurat. În cercet ările prezentate am studiat evoluția
concentrației Po -210 cu ajutorul metodei de datare cu Pb -210, în cazul a două sisteme diferite
și la fiecare stadiu al explor ării probelor prin tratarea chimică , cu diferi ți comp onenți chimici
cu scopul de a prezenta dacă există anumite pierderi din valoarea concentrației de probe, din
cauza diferenței în tre starea de agregare a tra sorului și a probei studiate.
În cazul Sistemului I , prin adăugarea valoril or măsurate a fiecăr ei probe, în toate
etapele explor ării probe lor prin tratare chimică, obținem rezultatul că pierderea totală a
concentrației de Po față de soluția de bază este de 4,3 Bq kg-1 , iar în cazul S istemului II ,
această valoare este mai ridicat ă, și anume de 16,32 Bq kg-1 . Din cauza faptului, că în cazul
ambelor sistem e, conce ntrația radionuclidului Po final, adică concentrația de Po la ultim a
probă, în cazul Sistemului I, proba I.7. și în cazul Sistemului II , proba II.9, a fost de 323 ±20
Bq kg-1 , respectiv de 367 ±40 Bq kg-1 ,valori care sunt aproape egale cu concentrația inițială
Po a soluției de bază, care a fost de 322 ± 20 Bq kg-1 (concentrația etalonului IAEA -447) ,
aceste pierderi pot fi considerat e neglijibil e din punctul de vedere al cercetării și nu afectează
rezultatele .
Cu acest e cercet ări am reușit să demonstrez, că prin utilizarea acest ei metod e de
datare , nu există pierde ri în concentrația radionuclidului studiat, deci metoda se po ate folosi
cu încredere și cu o precizie ridicată.

37
Mulțumiri

De menționat că pe tot parcursul cercetări lor, elaborării și redactării lucrării am
primit sprijinul necondiționat al coordonatorului științific, D -lui Lector univ.dr. BEGY
Robert Csaba, fapt ce a dus la o colaborare fructuoasă și la încheierea acestei lucrări în
termenii impuși de Regulamentul privind organizarea și desfășurarea examenelor de
finalizare a studiilor în învățământul superior (licență, disertație) al Facultății de Știința
și Ingineria Mediului .
Mii de mulțumiri și stimă pentru răbdarea și timpul acordat de a mă ajuta la
realizarea acestei lucrări de disertație.

38
BIBLIOGRAFIE

1. Baradács Eszter Mónika: Hévizek és ásványvizek radon – és rádiumtartalma , 2002 ,
Doktori (PhD) értekezés, Debreceni Egyetem, Debrecen
2. Barótfi I., Környezettechnika , Mezőgazda Kiadó Budapet, 2000, 7. Fejezet
3. Bálint Szende -Ágnes, Radon -kutatások a Kárpát -medence térségében , Kolozsvár , 2003
4. Begy Róbert Csaba, Studii de mediu pri n utilizarea radioizotopului 210 -Pb, Teză de
doctorat, Cluj Napoca , 2008
5. Biro T, Izotóptechnikai módszerek a környezetvédelemben , ATOMKI Közlemények 24
sz., 1982, pp. 29 -38
6. C. Cosma, A. Timar, V. Benea, R. Begy, Nuclear and Seminuclear Dating Methods
Application in Archeology, Geology and Environmental Science , 2008, Terestrial
radionuclides int he Environment, Environmental Conferences Veszprem, pp. 23 -35
7. C. Cosma S. Varvara, M. Gligor, 2008, Vârste absolute prin metode nucleare de datare,
EdituraQuan tum, Cluj Napoca
8. C. Cosma, T. Dicu, A. Dinu, Begy R.CS., 2009: Radonul si cancerul pulmonar ,
EdituraQuantum
9. C. Cosma, T. Jurcuț., 1996, Radonul și mediul înconjurător , Editura Dacia, Cluj -Napoca
10. C. R. Olsen, C. C. Brandt, K. A. Rose, R. B. Cook, A. L. Brenkert, Determination of
sediment accumulation and mixing rates using 137Cs and 210Pb in watts bar reservoir ,
Office of Health and Environmental Research, Departament of Energy
11. Colin Wessells, Cesi um-137: A Deadly Hazard , Stanford Univ ersity, 2012
12. Felipe Zapata, The use of environmental radionuclides as tracers in soil erosion and
sedimentation investigation: recent advances and future developments , 2003, Soil and
Tillage Research, nr. 69, pp. 3 -13
13. George Șindilaru, 2011, Impactul radia țiilor nucleare aspura mediului , Editura BREN,
București
14. Gerald Matisoff, 210Pb as tracer of soil erosion, sediment source area identification and
particle transport in the terrestrial environment , Journal of Environmental Radioactivity,
2014
15. 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

39
16. Michael P. Bac on, Applications of Pb -210/ Ra -226 and Po -210/Pb -210 disequilibria in
the study of marine geochemical processes , Doctoral dissertati on, 1976
17. Kanyár B., Somlai J., Szabó D. L., Környezeti sugárzások, radioökológia , Veszprémi
Egyetem, Radiokémiai Tanszék, Ve szprém, 1996
18. Karin Popa, Doina Humelnicu, Alexandru Cecal, Radioactivitatea mediului înconjurător ,
București, 2005, Editura MATRIX ROM
19. Kiss Ervin , Doktori értekezés , Sopron, 2003, p p.10
20. K. M. Matthews, K. Potipin, Extraction of Fallout 210Pb from Soils and its Distribution in
Soil Profiles , Journal of Environmental, 1985, Radioactivity 2, pp. 319 -331
21. R. Begy, C. Cosma, J. Somlai, T. Kovacs, Datarea sedimentelor lacustre din profile de
Pb-210 si Cs -137 – Varsta absolute prin metode nucleare de datare – Radioa ctivitate
mediului, 2008, Editura Quantum
22. R. Begy, C. Cosma, Z. Horvath, Pb-210 and Cs -137 dating methods applied for Red
Lake’s sedimentation (Romania), Central Eurpean Journal of occupational and
Environmental Medicine, 2008, vol 14.
23. R. Cs. Begy, A. Tima r- Gabor, J. Somlai, C. Cosma, A sedimentation study of St. Ana
Lake applying the 210Pb and 137Cs dating methods , Geochronometria, 2011,38(2), pp. 93 –
100
24. Somlai J. –Atomer őművek környezeti hatásai , Radioaktív kibocsátások (Magyar
AtomfórumEgyesület) , 2002
25. Somlai J., Tarj án S., Kanyár B. – Radioaktiv sugárzások és környezetünk , Energia Klub
Környezetvédelmi Egyesület, 2000 Budapest
26. Viorica Simon, Radiațiile Nucleare și Mediului Înconjurător , 2004, Casa Cărții de știința
27. Virágh E., Zöld E., Radioaktiv szennyeződések hatása a környezetre , 1980, Budapesti
Műszaki Egyetem Mérnöki Továbbképző Intézete, Budapest
28. http://nwatchwiki.aii.pub.ro/tiki -index.php?page=Radioactivit ate+mediu
29. http://www.rhk.hu
30. https://sites.google.com/isu.edu/health -physics -radinf/radioactivity -in-nature
31. http://atomfizika.elte.hu/magfiz/sug/sug20080320_files/image042.jpg

40
ANEXE
ANEXA 1. Reference sheet IAEA – 447

41

42

43

44