De NRC van 31 januari 2025 bevat een artikel over een stofwolk die in maart 2022 over West-Europa waaide als gevolg van een uitzonderlijk grote zandstorm in de Sahara (zie figuren 1 en 2). Verontrustend is dat zulke stofwolken radioactiviteit met zich kunnen meevoeren.
Een Franse organisatie had al een jaar eerder gemeten dat in Saharazand dat in Frankrijk neerkwam het radioactieve isotoop cesium-137 bevatte. Het vermoeden was dat het overblijfsel was van Franse nucleaire tests in Algerije in de jaren zestig.
a) Uit welke deeltjes bestaat de kern bij dit isotoop, en hoeveel?
55 protonen en 82 neutronen.
b) Geef de vervalreactie.
$_{55}^{171}\textrm{Cs}\rightarrow _{-1}^{0}\textrm{e}+_{56}^{171}\textrm{Ba}$
c) Wat is de halveringstijd?
30 jaar
d) Komt het van nature op aarde voor?
Nee (zie Binas tab 25A)
e) Zoek op of cesium-137 gevaarlijk is voor de gezondheid.
Externe blootstelling aan grote hoeveelheden Cs-137 kan brandwonden, acute stralingsziekte en zelfs de dood veroorzaken de hoogenergetische gammastraling. De hoeveelheden die in het Saharastof zijn aangetroffen blijven echter onder de toegestane Europese drempels, wat geruststellend is voor de volksgezondheid.
De NRC van 31 januari 2025 schrijft dat de aanwezigheid van cesium-137 geen uitsluitsel geeft over de vraag wat de bron is. Daarvoor moet ook naar andere isotopen gekeken worden. Een paar dagen na de zandstorm hebben onderzoekers daarom een oproep geplaatst aan burgers om stofmonsters in te sturen (citizen science). Er kwamen 53 bruikbare inzendingen binnen, vooral uit Spanje, Frankrijk, België en Duitsland. De onderzoekers hebben geanalyseerd wat de verhouding was van plutoniumisotopen en cesium-137. Bij de plutoniumisotopen ging het om plutonium-240 en -239.
Het plutonium in de atmosfeer is voor het overgrote deel het gevolg van de vele kernproeven uit het verleden. Van nature komt het in de aardkorst alléén voor als sporenelement, en wel in uraniumerts. Het ontstaat wanneer een uranium-238 kern na invangen van een neutron bèta-verval ondergaat.
f) Laat zien hoe – met aantal tussenstappen – een plutoniumkern kan ontstaan
$_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{238}\textrm{U}\rightarrow _{92}^{239}\textrm{U}\rightarrow _{93}^{239}\textrm{Np}+_{-1}^{0}\textrm{e}$
Gevolgd door:
$_{93}^{239}\textrm{Np}\rightarrow _{94}^{239}\textrm{Pu}+_{-1}^{0}\textrm{e}$ (zie ook Binas 25A)
Lars Roobol, hoofd stralingsonderzoek van het RIVM, zegt in de krant: “De Fransen, Russen en Amerikanen hadden elk hun eigen procedé om weapons grade plutonium te maken.” De isotopenverhouding is daardoor bij elke bron verschillend. De isotopenverhouding kun je daardoor zien als een isotoop-vingerafdruk van de besmettingsbron. Uit de analyse van deze vingerafdruk blijkt dat het om fall-out ging van Amerikaanse en Russische kernproeven.
In figuur 3 zie je de isotopen-vingerafdrukken van de stofmonsters vergeleken met die van de Franse kernproeven.
g) Hoe zie je hieruit dat het Saharastof niet door de Franse kernproeven besmet is?
In de door burgers ingezonden stofmonsters (boven) is de verhouding van de isotopen Pu-240/Pu-239 (linker grafiek) groter dan die bij de Franse kernproeven (blauwe strook onder). En hetzelfde geldt voor de verhouding Cs-137/(Pu-239 + Pu-240)
h) Hoe zie je dat de vingerafdruk van het Saharastof overeenkomt met de wereldwijde fall-out van kernproeven?
De meetpunten van de door burgers ingezonden monsters liggen in of vlakbij de grijze strook met isotopenverhoudingen van de wereldwijde (‘global’) fall-out.
i) Geef een reden waarom de onderzoekers genoteerd hebben op welke breedtegraad de burgers hun monster verzameld hebben.
Dan kun je in beeld brengen of het voor de isotopenverhouding wat uitmaakt op welke breedtegraad het monster verzameld is. Dat blijkt dus geen rol te spelen. Dat betekent dat de radioactiviteit niet veroorzaakt wordt door een lokale bron, maar te maken heeft met de wereldwijde fall-out.
De onderzoekers hebben ook onderzocht of deze wolk Saharastof schadelijk was voor de gezondheid. Ze hebben de activiteit van de monsters gemeten. De gemiddelde waarde was 14,4 Bq/kg. De activiteit Cs-137 in lucht met Saharastof varieerde tussen 1 en 7 μBq/m3. Bij inademing is de dosis conversion factor 7 . 10-9 Sv/Bq, schrijven ze. Daarmee berekenen ze dat dat door een mens op 15 maart binnengekregen dosis tussen 77 en 540 . 10-12 mSv lag.
Per dag adem je zo’n 10.000 liter lucht in en uit.
j) Laat hiermee door een beredeneerde schatting zien dat de genoemde dosis klopt.
10.000 liter = 10 m3. De activiteit van deze hoeveelheid ligt tussen 10 en 70 μBq. En de ontvangen dosis ligt dan tussen 10 en 70 maal 10-6 x 7 . 10-9 Sv, d.w.z tussen 70 en 490 maal mSv. Klopt.
Deze waarden liggen ver beneden de drempelwaarden van de Europese Unie van 1000 Bq/kg voor voedsel (en 400 Bq/kg voor babyvoeding) en 3 mSv per dag. De conclusie van de onderzoekers is dat het risico van de radioactiviteit voor de gezondheid verwaarloosbaar was.
