Kávási Norbert környezetiradioaktivitás-kutató tíz évvel ezelőtt kezdte posztdoktori kutatómunkáját Japánban. Először természetes radioizotópok vizsgálatával foglalkozott, majd miután 2011. március 11-én bekövetkezett a fukusimai atomerőmű balesete, felajánlottak neki egy állást egy újonnan induló kutatási projektben, ahol a stroncium-90 környezeti nyomon követése volt a fő feladat. Ehhez oda kellett költöznie Fukusima városba, ahol ismeretei szerint ő az egyetlen magyar.

A stroncium 90-es tömegszámú radioaktív izotópját sokan a nukleáris fegyverekből felszabaduló radioaktív szennyezőanyagok legveszélyesebbjének tartják. A stroncium-90 az urán-235 maghasadása során keletkező β-sugárzó hasadványtermék, nagyjából 30 év felezési idővel (radioaktivitása ennyi idő alatt csökken a felére). Így a természetben meglehetősen sokáig jelen van. Radioaktív bomlása során a szintén radioaktív ittrium-90 keletkezik, amiből pedig stabil (tovább már nem bomló) cirkónium-90 jön létre.

Sugárzó tejfogak

A hatvanas években Amerikában több százezer tejfogat vizsgáltak meg. Az ekkor született gyerekek tejfogaiban a stroncium-90 mennyisége ötvenszer haladta meg az 1950-ben (a tömeges légköri atombomba-kísérletek megkezdése előtt) születettek fogainak szennyezettségét. A radioaktív stroncium-90 izotópok megkötődnek a csontokban, és ott, az általuk kibocsátott β-sugárzás révén a vérképző szervek megbetegedését okozhatják. E kutatás eredményei annak idején eljutottak Kennedy elnökhöz, és szerepet játszhattak abban, hogy nem sokkal később az Egyesült Királysággal és a Szovjetunióval együtt aláírták a nemzetközi atomcsendegyezményt. Ez a földalatti atomrobbantások kivételével betiltotta az nukleárisfegyver-kísérleteket.

Szerencsére a stroncium-90 sokkal kevésbé illékony, mint a másik fő nukleáris szennyező izotóp, a cézium-137, így nukleáris balesetek alkalmával sokkal kevesebb jut ki belőle a környezetbe. A Csernobilból, illetve a fukusimai atomerőműből kibocsátott stroncium-90 környezeti vizsgálata mégis rendkívül fontos a lakosság sugárvédelme és az őket ért radioaktív dózis becslése érdekében.

Fotó: Kávási Norbert Dózismérő állomás a fukusimai evakuált zónában

Ezt a radioaktív izotópot a hagyományosan alkalmazott nukleáris meréstechnikai módszerek segítségével meglehetősen hosszadalmas mérni, az eredményekhez pedig általában nagy mennyiségű mintára van szükség. Ezen a területen hozhat áttörést a Kávási Norbert és munkatársai által kifejlesztett új eljárás, amelyet a napokban és a Nature társlapjaként működő Scientific Reports folyóirat. Kávási nem is élhetne jobb helyen, ha a környezeti nukleáris szennyezést akarja kutatni, hiszen jelenleg a japán Országos Kvantum- és Sugárzástudományi Kutatóintézet fukusimai laborjában dolgozik.

A stroncium-90 biológiai és kémiai szempontból nagyon hasonló a kalciumhoz (alkáliföldfém mind a kettő), így könnyen beépül a csontokba. Emiatt hosszú időn keresztül képes sugárterhelést okozni az embereknek. Egészségügyi relevanciája így sokszorosan meghaladja a tényleges mennyiségét. Természetes módon nem fordul elő a környezetben, tehát ha valahol megtaláljuk, az csakis nukleáris tevékenység (erőműbaleset, nukleáris fegyver, esetleg visszatérő műhold) okozta szennyezés lehet

- mondta el az Indexnek Kávási Norbert. A stroncium-90 a hidegháborús nukleáris fegyverkísérletek és az atombalesetek örökségeképpen nagy területen szétszóródva van jelen a természetben. Így általában nagyon kis mennyiségét kell kimutatni környezeti mintákban. A sugárzás mérésén alapuló klasszikus módszerek emiatt azt kívánják, hogy nagy mennyiségű mintát gyűjtsenek be az elemezni kívánt talajból, vízből vagy bármi egyébből, majd azt hosszadalmas kémiai előkészítési eljárásoknak tegyék ki.

10 ezer darab atom is mérhető

A nukleáris balesetet elszenvedő ország vezetőinek persze az az elsődleges érdekük, hogy minél gyorsabban pontos információhoz jussanak a radioaktív szennyezést illetően. Ha a bevett módszereket használjuk, a stroncium-90 koncentráció meghatározása száz mintából (ami egy nagy kiterjedésű baleset esetén még kevésnek is tűnhet) hónapokat is igénybe vehet. Ezzel szemben a Kávási és munkatársai által kidolgozott új eljárással

ez az idő két-három hétre is lecsökkenthető.

De mi is ez a módszer? Nem a sugárzásuk alapján különítik el és határozzák meg a stroncium-90 izotópokat, hanem az úgynevezett hőionizációs tömegspektroszkópia segítségével az atomok mennyiséget határozzák meg. Ebben az eljárásban a kémiailag előkészített mintát mikroliternyi csepp formájában viszik fel egy nagy tisztaságú rénium szálra, amit lassan hevítve, ionizálják a stroncium-90 atomjait és a vele együtt jelenlevő stabil stroncium izotópokat (a stroncium-88, -87, -86 és -84-et). Magyarul részecskéket hoznak létre belőlük.

Az így előállított ionokból nagy feszültségű gyorsítással ionnyalábot állítanak elő, amit egy mágneses téren vezetnek keresztül. A mágneses tér hatására a különböző tömeg/töltés arányú ionok elválasztódnak egymástól, és az általuk előidézett elektromos töltésáram nagysága alapján meghatározható a mintában lévő stroncium izotópok aránya és mennyisége. Jelenleg Kávási laboratóriuma az egyetlen a világon, ahol sikeresen határoztak meg stroncium-90-et a környezeti mintákban, hőionizációs tömegspektroszkópiával.

Fotó: Kávási Norbert Dózismérés a fukusimai evakuált zónában

Ezzel a módszerrel várhatóan már néhány 10 ezer stroncium-90 atom száma is meghatározható lesz. Hogy megértsük, hogy ez milyen kicsi, érdemes tudni, hogy a stroncium-90 moláris tömege 89,91 gramm, tehát 6 x 1023 darab atom tömege 89,91 gramm.

Az új módszerrel jelenleg 0.2 femto- (10-15) grammnyi stroncium-90 is könnyeden detektálható, ami 130 000 darab atomot jelent megközelítőleg.

Kávási Norbert és munkatársai módszerének pontosságát és megbízhatóságát a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ) független jártassági tesztje is igazolta. A NAÜ rendszeresen szervez jártassági teszteket, ahol különböző anyagmintákat küldenek ki a teszten induló laboratóriumoknak (most csapvizet és tejport küldtek). Ezekről csak a NAÜ tudja pontosan, hogy milyen és mennyi radioaktív anyagot tartalmaznak. Kávási és munkatársai az elsők, akik tömegspektrometriai módszerrel határozták meg a stroncium-90-t ezen a teszten, és teljesítették a megbízhatósági elvárásokat.

Akiknek bejött Fukusima

A stroncium-90 környezeti monitoringja - éppen kis mennyisége okán - 2011-ig nem volt az érdeklődés középpontjában. A fukusimai baleset pillanatában azonban minden nukleáris szennyeződéssel kapcsolatos kutatás sokszorosan felértékelődött Japánban, és egyre-másra jöttek létre a radioaktív izotópok kimutatását, semlegesítését célzó kutatási projektek és kutatóintézetek. Hirtelen felpörögtek a kutatóprogramok, és Kávási is így került az evakuált zóna és a sérült erőmű közelébe.

No, azért nem annyira közel, hiszen noha Fukusima városban él, ez a sérült erőműtől közúton 80 kilométerre van. Beszélgetésünk idején is ott tartózkodott, és elmondása szerint a város, a hiedelmekkel szemben teljesen normális életet él.

A város teljesen biztonságos, minden további nélkül fogyasztjuk a helyben termesztett növényeket, az itt termelt élelmiszereket, az élet folyik a rendes kerékvágásában. Persze, a japán emberek bizalma alapvetően megrendült az atomenergiában. Ha a szívükön múlna, leszerelnék az összes erőművet holnap, de ez nem ilyen egyszerű.

- mondja a kutató. Ötvennégy energiatermelő reaktor van az országban, amelyeket hatalmas befektetéssel építettek fel. A gazdaság és az ország működése szempontjából egyszerűen elengedhetetlen az atomenergia, hiszen Japán nagyon szegény energiahordozókban. Hiába fektetnek sokat a szél- és napenergiába, az átállás nem lehetséges egyik napról a másikra.

Kávási fontosnak tartotta megemlíteni, hogy szenvedélyes kajakhorgász, és ezt a hobbit Fukusimába való költözése után sem adta fel. Így a felkelő nap hajnali sugarai gyakran találják a fukusimai erőművek közelében. Japán szokásnak megfelelően a halat akár nyersen is fogyasztja. Mint kifejtette, nyolc évvel a baleset után a halak egészségre káros mennyiségű radioaktív anyagot már nem tartalmaznak.

A helyszín meteorológiai viszonyai következtében az erőműből kijutó légköri szennyeződés 80 százalékát kifújta a szél a tenger fölé. A maradék 20 százalék elsősorban nem Fukusima városát, hanem az erőmű közvetlen közelében lévő településeket érintette. Kávási Norbert szerint Fukusima városban nincs semmiféle probléma a radioaktív szennyezéssel. A baleset után 30 kilométeres sugarú körből kitelepítették a lakosságot. Noha már egy éve sok helyre vissza lehetne költözni, a fiatalok többsége nem szívesen tér vissza.

Részben persze a szennyeződéstől való félelem miatt, részben viszont azért, mert az elmúlt nyolc évben máshol már új életet kezdtek. A visszatelepülők nagy része inkább az idősebb generációból tevődik össze, akik ragaszkodnak földjükhöz és régi életvitelükhöz. Az intenzív helyreállítási erőfeszítéseknek ellenére azonban

korántsem állíthatjuk, hogy a radioaktív szennyeződés okozta probléma végérvényesen megoldódott.

Az érintett területen 20-30 centiméter mélységben eltávolították a talajt. Ez az összegyűjtött föld nagyméretű tarolózsákokban várja, hogy valahol elhelyezzék. Érthető módon azonban senki sem rajong az ötletért, hogy a közelében történjen a szennyezett talaj lerakása, annak ellenére, hogy a sugárzás okozta egészségügyi kockázat minimális.

Fotó: Kávási Norbert Mintagyűjtés az evakuált zónában

Értelem és érzelem

“A sugárvédelemnek is az ésszerűség határán belül kell maradnia. Az a kis mennyiségű szennyeződés, ami jelenleg a környezetben maradt, már egészségügyi kockázatot nem jelent, viszont olyan drágán lenne eltávolítható (ha egyáltalán lehetséges), aminek már további értelme nincs - érvel Kávási. - A lakosság ezt nehezen érti meg, és fogadja el, ez pedig egyfajta bizalomvesztést jelez az állami szervekkel szemben.

Olyan társadalomról beszélünk, amely ellen két nukleáris fegyvert is bevetettek,

így érthető, hogy eleve nagy volt a félelem az atomenergiával szemben. Hosszú ideig tartott, míg sikerült meggyőzni a japán embereket, hogy nem lesz semmi probléma az atomenergia békés alkalmazásával. Aztán sajnos mégis lett. Most újra meg kell győzni őket, hogy a helyzet kezelhető, a problémák megoldhatók. Ez kifejezetten nem könnyű kommunikációs feladat.”

A félelemfaktor a valós veszélynél is nagyobb károkat okozhat egy közösségben, és a helyi gazdaság leépülését, a megélhetés ellehetetlenülését okozhatja. A kutató szerint azonban Fukusimában pont nem ez a helyzet. “A város azóta a reneszánszát éli” - tartja Kávási Norbert, amely az intenzív kármentesítési erőfeszítéseknek köszönhető. Rengetegen érkeztek Fukusimába, akik a helyreállításon dolgoznak. Az ő kiszolgálásukra új életre kelt a szolgáltatószektor, a városban művészet szabad hotelszobát találni. Beindult az ingatlanpiac, lakások, szállodák épülnek. Csúcsforgalomban az erőművet és a várost összekötő utakon állandók a torlódások.

Az erőmű sérült reaktorainak és a sérült fűtőelemek problémája teljesen más történet, amely megoldása még évtizedekig fog húzódni.

Nem 1986-ban vagyunk a Szovjetunióban. Japánban fel sem merül, hogy ugyanazokat a módszereket alkalmazzák, mint Csernobilban.

Fukusimában nem fognak ott hagyni semmilyen radioaktív hulladékot, és bármiféle tevékenység során a munkavégzők sugárvédelem és egészsége kiemelt fontosságú. Ki kell fejleszteni hát a megoldást kínáló eljárásokat, de ez nem megy máról holnapra. Kávási szerint a sérült fűtőelemek eltávolítása olyan mérnöki kihívást támaszt, amellyel eddig még senki sem szembesült a világon, de hisz abban, hogy az intenzív mérnöki és kutatói munkák sikerrel fognak járni.

(Borító- és címlapkép: Kávási Norbert)