Die gebruik van radioaktiewe straling in landbou - Omnia Nutriology®
Die afgelope paar jaar trek die landboubedryf al hoe meer voordeel uit die gebruik van kernstraling om gewasopbrengs in terme van besproeiingsbestuur te verhoog. Omnia wend hierdie tegnologie as 'n diagnostiese hulpmiddel aan as deel van 'n omvattende diens aan boere. Aangesien radioaktiwiteit dikwels nie as 'n opsie gesien word nie, volg 'n kort bespreking om produsente gerus te stel rakende die moontlike voor- en nadele daarvan. Net soos elektrisiteit, kan kunsmatige straling soos in X-straaltoerusting, afgeskakel word om die risiko daaraan verbonde te verwyder. Daarenteen kan natuurlike straling wat uit radioaktiwiteit voortspruit, nooit afgeskakel word nie, maar die verspreiding daarvan na die onmiddellike omgewing kan voorkom word, wat dit veilig maak om te hanteer en waar nodig te gebruik. Radioaktiewe stowwe kan in gas, vloeibare of vaste vorm wees en hierdie verskillende vorms het, na gelang van hul kern-eienskappe, verskillende vereistes rakende hanteringsprosedures. Radioaktiewe vaste stowwe is relatief makliker om te gebruik as die ander twee ekwivalente.
Die geskiedenis van radioaktiwiteit
Radioaktiwiteit is oor verskeie jare ontdek en is in 1895 deur die ontdekking van X-strale deur Konrad Röntgen voorafgegaan. Röntgen het X-strale ontdek deur sy werk met fluoresserende stowwe wat deur fotografiese plate omring is, waarvoor die Nobelprys in fisika aan hom toegeken is. Aangesien hy nie geweet het watter tipe strale hy mee te doen gehad het nie, het Röntgen dit X-strale genoem, wat 'onbekend' beteken. Dit herinner dadelik aan die gewilde TV-reeks X-Files. Nadat hy van Röntgen se werk gehoor het, het Henri Becquerel, saam met Pierre en Marie Curie – twee van sy studente – hierdie verskynsel verder ondersoek. In 1896 tot en met 1911 is radioaktiwiteit gevolglik deur Becquerel ontdek. Marie Curie het daarna Polonium en Radium ontdek, waarvoor 'n Nobelprys ook aan haar toegeken is, en het so die eerste vrou geword wat hierdie gesogte toekenning ontvang het. Ongelukkig is Marie Curie op 'n jong ouderdom oorlede as gevolg van die steeds ongekende gevare van oormatige blootstelling wat deur radioaktiewe bestraling veroorsaak is. Ernest Rutherford het voortgebou op sy voorganger se werk en in hierdie vorm van radiasie gebruik om die struktuur van atome te bestudeer. In 1919 het hy alfa-deeltjies gebruik om een tipe atoom na 'n ander om te skakel. Hierdie was die eerste keer dat die "splitsing van 'n atoom" plaasgevind het, wat die energiebron, maar ongelukkig ook die verwoestende vermoëns van kernenergie, ontsluit het.
Dit is te verstane dat die term 'radioaktiewe straling' vrees by mense inboesem, maar toepassings waar hierdie tegnologie reg benut en bestuur word, is op baie maniere deel van ons lewens. Dit is trouens belangrik om te weet dat ons liggame, ons omgewing en die kosmos deurentyd deur radioaktiewe energie vanuit die buitenste ruimte gebombardeer word, alhoewel dit baie klein hoeveelhede is. Dit sluit die inneem van piepklein hoeveelhede van verskeie gekontamineerde voedselbronne uit ons omgewing in, wat deel vorm van ons bestaan. Hierdie (veilige) vlakke van straling word agtergrondstraling genoem, wat as skadeloos en selfs voordelig vir ons oorlewing gesien word.
Om terug te kom by die fisika, die begrip radioaktiwiteit, soos dit vandag verstaan word, beskryf die natuurlike uitstraal van (kern)-energie in verskillende vorms, dit wil sê as deeltjies en/of strale vanaf die kern van 'n onstabiele atoom (natuurlik of kunsmatig) met die doel om terug te keer na 'n stabiele toestand.
Wat maak radioaktiwiteit skadelik?
Straling kan in twee groepe verdeel word, naamlik ioniserende en nie-ioniserende straling. In die eersgenoemde is die energie van die straling hoog genoeg om elektrone van 'n atoom waarmee dit bots af te stroop en daardeur die chemiese eienskappe daarvan te verander en gevolglik lewende selle, soos DNS, te beskadig en dit vatbaar te maak vir kanker. By nie-ioniserende straling, aan die ander kant, is daar nie genoeg energie om chemiese veranderigne in die sellulêre samestelling te veroorsaak nie.
Figuur 1 beskryf die relatiewe inherente penetrasievermoë van die verskillende tipes straling deur stowwe wat algemeen gebruik word om teen radiasie te beskerm. 'n Deeglike kennis van kernfisika is noodsaaklik wanneer 'n spesifieke radioaktiewe middel vir 'n bepaalde toepassing gekies moet word en al die risiko's in ag geneem moet word wanneer 'n veilige stelsel ontwerp word.
Radioaktiwiteit van ioniserende stralingdeeltjies word met 'n Geiger-telbuis gemeet. Die Geiger-telbuis gebruik 'n lae-druk buis gevul met neon-, helium- of argongas en elektries gelaai met hoog spanning. Wanneer 'n ioniserende deeltjie deur die buis beweeg, word 'n lesing gegee. Lesings word in stralingsaktiwiteit, of dosis, of geabsorbeerde dosis aangegee. Ouer modelle gebruik nie-Si-Eenhede waar stralingsaktiwiteit, dosis en geabsorbeerde dosis in Curie, Rem en Rad onderskeidelik aangegee word. Röntgen word ook soms as 'n ou eenheid van blootstelling gebruik. Vandag word die nuwe Si-Eenhede ook in Suid-Afrika gebruik, en Becquirel, Sieverts en Gray is eenhede wat stralingsaktiwiteit, dosis en geabsorbeerde dosis uitdruk.
Figuur 1. Voorstelling van die reaksie van verskillende radioaktiewe deeltjies in terme van die afstand wat dit beweeg en penetrasievermoë. https://www.mirion.com/...radiation.../types-of-ionizing-radiation
Radiometriese toerusting wat deur Omnia gebruik word
Figuur 2. Troxler of CPN 503 DR neutron vogmeter soos deur Omnia gebruik word. Hierdie is die goue standaard in die meting van grondvog en is reeds sedert die 1950's in omloop.
Neutron vogmeters maak gebruik van Amerikium 241 en Berillium 9, wat radioaktief is. Amerikium het 'n halflewe van 432 jaar en is 'n alfa-emmittor en Berillium 'n neutron-emmittor. Soos vroeër vermeld, kan neutrone honderde kilometers ver beweeg en kan slegs deur sement of water gestop word. Daarom moet die kalibrasie van neutron vog- of digtheidsmeters geskied waar daar nie enige sement versperrings of groot watermassas teenwoordig is nie. Die Amerikium en Berillium kom in korrelvorm in 'n geseëlde kompartement voor wat binne-in die peilstif is wat in die grond ingedruk word om metings uit te voer. Dit is belangrik om kennis te neem daarvan dat radioaktiewe deeltjies nie aan- of afgeskakel kan word nie en aanhoudend skadelike deeltjies uitstraal. Om hierdie rede word die peilstif of geseëlde nuklied van die CPN 503 vogmeter binne-in die instrument in 'n sluitbare silikoongebaseerde paraffienwas gestoor om uitstraling te beperk.
Neutron vogmeters meet die grondvog indirek. Die hoë-spoed neutrone wat deur die peilstif uitgestraal word, bots met waterstofatome in die grond en water. Hul energie gaan dan verlore en lae-energie of stadige neutrone word dan gevorm. Sommige van die stadige neutrone word dan terug weerkaats na die buis wat die bron is en word deur die neutronverklikker getel. Hierdie rou waardes word dan deur 'n kalibrasieberekening na volumetriese grondwaterinhoud omgeskakel. Dit is noemenswaardig dat neutron vogmeters meer akkuraat oor dieptes van meer as 15 cm is, aangesien neutrone op vlakker dieptes uit die grond na die omliggende lug ontsnap en nie opgetel sal word nie.
Die wetlike vereistes rakende die besit en gebruik van neutron vogmeters word deur die Departement van Gesondheid (DoH) onder die Suid-Afrikaanse Skadelike Stowwe Wet, 1973 (Wet 15 van 1973) beheer. Die liggaam wat verantwoordelik is daarvoor om hierdie wetgewing te administreer, is die Direktoraat: Radiasiebeheer, Departement van Gesondheid. Onder hierdie wet moet enigiemand wat geseëlde radioaktiewe bronne besit, gebruik en vervoer, die magtiging hê om dit te kan doen. Omnia Kunsmis se magtiging onder hierdie wet is onlangs opdateer en Omnia besit drie geregistreerde neutron vogmeters onder Magtigingsdokument 3043 met die DoH. Onder hierdie magtiging is 'n opgeleide Radiasiebeskermingsbeampte (RBB) verantwoordelik vir die veilige praktyke-kode van instrumente wat intern gebruik word. Onder die Omnia magtiging is 'n volledige stel interne reëls opgetrek en as deel van die magtigingsbylae ingedien. Hierdie reëls handel oor kwessies soos die veilige stoor van instrumente, noodplanne, veilige hantering en vervoer, dosisbeperkings en wetlike vereistes. Gegewe die aard van die instrumente, moet lektoetse jaarliks op elke instrument uitgevoer word. Lektoetse, wat ook gaas- of smeertoetse genoem word, word uitgevoer om seker te maak dat geen radioaktiewe poeier uit die geseëlde bron lek nie. Sodra dit in plek is, reik die DoH 'n jaarlikse opgawe uit, waarmee die eienaar van hierdie toestelle die nakoming van al die verantwoordelike aspekte wat genoem is, moet verklaar. Alle toepaslike aansoekvorms, veiligheidskodes en wette is by die volgende Dropbox beskikbaar: http://tinyurl.com/pne5nyv
Verantwoordelike beampte, interne reëls vir Omnia, veilige optrede en lektoetse is ook op aanvraag vanaf Willem Jonker, RBB vir Omnia Magtigingsdokument 3043, verkrygbaar.
Die doel van hierdie kortlikse oorsig van die beginsels betrokke by die gebruik van toerusting wat lae-vlak radioaktiwiteit in grondwatermetings gebruik, is om diegene vir wie die onderwerp buite hul bestek val, daaroor in te lig. Omnia se erns aangaande hul verantwoordelikheid om die nasionale wetlike vereistes na te kom, word gedemonstreer.
My opregte dank aan W. Jonker (Snr), voorheen van die Kernenergie Korporasie van Suid-Afrika (NECSA) en David Allen, RBB van Allen Associates, vir hul bydraes.