סביבה וגהות אודות

תאור כללי | שאלות ותשובות | תקן ישראלי 5098

הסביבה בה חיים בני האדם נתונה לקרינה מייננת ממקורות שונים - מהחלל החיצון, מהקרקע וממקורות מלאכותיים. נוהגים לסווג את הקרינה הטבעית לה נחשפים בני האדם לשלושה סוגים:
  • קרינה קוסמית - המגיעה מהחלל החיצון ועוצמתה משתנה ממקום למקום על פני כדור הארץ בתלות בגובה, בשדה המגנטי ובגורמים נוספים. מנת הקרינה האפקטיבית הממוצעת שבני אדם החיים על כדור הארץ סופגים מקרינה קוסמית זו נאמדת בכ- 0.3 – 0.4 מיליסיוורט לשנה (mSv/y) בגובה פני הים. בגובה של 10-12 ק"מ (גובה בו טסים רוב מטוסי הנוסעים) קצב מנת הקרינה הקוסמית גדל פי 15-20 מערכים אלה.
  • קרינת הקרקע – מקורה באיזוטופים רדיואקטיביים טבעיים המצויים בקליפת כדור הארץ, כגון אשלגן-40 (40K), רדיום-226 (226Ra), תוריום-232 (232Th) המתנשאים באוויר באמצעות אבק או גז הרדון, חודרים לשרשרת המזון ומשפיעים על בני האדם גם באמצעות חומרי הבנייה שמקורם בקרקע. מנת הקרינה החיצונית הממוצעת לאדם ממקורות אלה מגיעה לכ- 0.5 מיליסיוורט לשנה, כאשר טווח הערכים הוא בין 0.3 ל- 1.5 מיליסיוורט לשנה, בהתאם למקום ולסוג המבנה.
  • קרינה פנימית – מקורה בחומרים רדיואקטיביים שחדרו לגוף האדם בדרכי הנשימה או דרך מערכת העיכול. מנת הקרינה האפקטיבית הפנימית המתקבלת מאשלגן-40 ושאר הרדיואיזוטופים בגופינו היא כ- 0.2 מיליסיוורט לשנה. נוסף לכך אנו חשופים למנת קרינה אפקטיבית פנימית של כ- 0.8-1.2 מיליסיוורט לשנה כתוצאה מנשימת הגז ראדון ובנותיו.
לסיכום - הקרינה הטבעית הכוללת לה חשופה אוכלוסיית כדור הארץ היא 2.4 mSv בממוצע, והיא משתנה בתחום 1.0 - 13 mSv לשנה, בהתאם לקו הרוחב הגיאוגרפי, לגובה מעל פני הים, לנוכחות מרבצי אורניום ותוריום בקרקע, ולחומרי הבניה המקומיים.

בארץ חשופה האוכלוסייה, לפי ההערכות העדכניות (הערכת החשיפה של הציבור בישראל לקרינה מייננת ממקורות טבעיים, ליאור כהנא, 2012), לקרינה טבעית הגורמת למנה אפקטיבית של 2 mSv בשנה.

מושגי יסוד לעיון בהרחבה במסמך של המרכז למחקר גרעיני (ממ"ג) נחל שורק, בעריכת פרופ' טוביה שלזינגר ודר' ז'אן קוך

ככל סלע מכיל גם הפחם ריכוזים נמוכים של חומרים רדיואקטיביים טבעיים בכלל ושל הרדיואיזוטופים
אשלגן-40 (40K), רדיום-226 (226Ra), תוריום-232 (232Th) בפרט. כתוצאה מתהליך השריפה עולים ריכוזי חומרים אלה באפר במידה ניכרת (פי 7 – 12). ריכוזי האקטיביות של הרדיואיזוטופים האלה באפר הפחם משתנים בהתאם למקור כריית הפחם, אך בדרך כלל הם בטווח של עשרות עד מאות בקרל לקילוגרם (Bq/kg).

סיכום ריכוזי רדיונוקלידים (בקרל/ק"ג) באפר פחם ממקורות פחם עיקריים שיובאו לישראל בשנים 2005-2016:
מקור226Ra232Th40K
אפר מרחף
דרום אפריקה98 - 26456 - 240123 - 368
קולומביה78 - 15946 - 132250 - 628
אוסטרליה88 - 10984 - 101117 - 214
אינדונזיה55 - 14247 - 128105 - 510
רוסיה85 - 16560 - 131264 - 563
תחום כולל55 - 26446 - 240105 - 628
*ממוצע משוקלל154132295
**אפר תחתית
דרום אפריקה89 - 23780 - 21266 - 138
קולומביה45 - 10328 - 81145 - 465
אוסטרליה69 - 8863 - 8597 - 179
אינדונזיה37 - 6529 - 66231 - 375
רוסיה59 - 16535 - 93180 - 519
תחום כולל37 - 23728 - 21266 - 519
*ממוצע משוקלל11596222
* הממוצע המשוקלל של סך מכפלת הממוצעים של המדינות השונות באחוז היחסי של האפר מכלל מקורותיהן באותה שנה.
** נבדק מ- 2007 ואילך.
מקור: החברה לשירותי איכות הסביבה (עד 2007), המרכז למחקר גרעיני-נחל שורק (2008 ואילך).

הריכוז באפר תלוי בין השאר גם בגודל חלקיקי האפר וביעילות תהליך השריפה. הריכוזים בדרך כלל גבוהים יותר באפר מרחף מאשר באפר תחתית המופקים מאותו פחם ובאותו תהליך שריפה.

מול היתרונות הסביבתיים והכלכליים הגלומים בניצול אפר הפחם בתעשיית הבנייה, בחקלאות ובתשתיות, כרוכים היישומים האלה גם בקשיים מסוימים. יישום אפר הפחם בתעשיית הבניה עלול לגרום לתוספת פוטנציאלית, אמנם קטנה, לחשיפת האוכלוסייה לקרינה מייננת שמקורה בחומרים הרדיואקטיביים הטבעיים, הנמצאים באפר פחם בריכוזים גבוהים יחסית לריכוזיהם בקרקע רגילה.

בהקשר זה יש לציין שקצב שפיעת הראדון ממוצרי בנייה המכילים אפר פחם קטן בדרך כלל מקצב שפיעתו ממוצרים דומים, כלומר בעלי צפיפות, מבנה וממדים גיאומטריים דומים, שאינם מכילים אפר פחם. במדידות שנערכו ע"י ממ"ג-שורק במבני בטון (ממ"דים) מועשרי אפר פחם בהשוואה למבני בטון רגילים, וכן במחקר משותף של ממ"ג-שורק והמכון הלאומי לחקר הבנייה בטכניון שנערך אף הוא בממ"דים, נמצא שהוספת אפר הפחם לבטון גרמה להפחתה בקצב שפיעת הראדון בשיעור 40% - 80%. מקור ההבדל במבנה הגבישי של המוצר. בעוד שבחומרי הבנייה הרגילים הרדון חופשי להיפלט מהאגרגטים ולנוע בחללים שבתוך מטריצת החומר המוצק במוצר הבנייה, הרי האפר העשוי חומר זגוגיתי, תוצאת השריפה בטמפרטורה הגבוהה - 1500 מעלות צלסיוס - השוררת בדוד תחנת הכח, כולא את הראדון הנוצר בתוכו וכן גורם לציפוף החומר ממנו עשוי המוצר, בהיותו אבקה דקיקה בקוטר עשרות מיקרונים ופחות, ומקטין בכך את החללים המאפשרים תנועת גזים בתוכו וממנו החוצה.

יישומי אפר פחם בבנייה

השימוש באפר פחם בתעשיית הבניה (ייצור בלוקים ובטון) מותנה, ככל חומרי הגלם המשמשים בבנייה, בעמידת מוצרי הבנייה האלה בדרישות התקן הישראלי ת.י. 5098, העוסק בהגבלת תכולת חומרים רדיואקטיביים טבעיים במוצרי בנייה. להערכת תוספת הקרינה שמקורה באפר פחם נבדקו במדדי התקן תערובות בטון המכילות אפר פחם בהשוואה לתערובת ייחוס נורמטיבית, כנגד התוספת המרבית המותרת 0.3 mSv/y לאדם מן הציבור. יובהר כי חישוב זה נעשה רק לצורך הערכת תרומתו הייחודית של האפר בתוך כלל חומרי הגלם במוצר למנת הקרינה ולא לצורך בחינת עמידת המוצר המכיל אותו בדרישות התקן.

ריכוזי רדיונוקלידים אופייניים (בקרל/ק"ג) בחומרי גלם המשמשים לבניה בישראל:
סלע226Ra232Th40K
אבן גיר2 - 1714 - 9
דולומיט7 - 531 - 115 - 263
בזלת10 - 2210 - 21231 - 419
חלוקים10 - 221 - 149 - 425
גבס13130
חול דיונות5350
חול פוסילי2113148
צמנט 42.529 - 697 - 41105 - 212
פומיס מיובא (יוון, תורכיה)46 - 9142 - 11289 - 1361
מקורות: ממ"ג (מרכז מחקר גרעיני)-שורק, החברה לשירותי איכות הסביבה, המשרד להגנת הסביבה

מבדיקות ריכוזי רדיונוקלידים (בקרל/ק"ג) ומדידות שפיעת ראדון שנערכו בשנים 2013-2016 בבטונים בהרכב המשקף בממוצע את התערובות הנפוצות המכילות 100 ק"ג אפר מרחף למ"ק בטון, ממקורות הפחם העיקריים, עולה שהוספת אפר פחם לבטון תורמת במונחי התקן פחות מ- 4 מילירם (0.036 mSv) לשנה.

מוצר בנייהכמות אפר (ק"ג/מ"ק) ריכוזי רדיונוקלידים (בקרל/ק"ג)רכיב הגמארכיב הרדוןכולל
226Ra232Th40KImSv/ymSv/yImSv/y
בטון ללא אפר0תחום31 - 366 - 742 - 540.11 - 0.120.15 - 0.170.39 - 0.450.39 - 0.440.55 - 0.62
ממוצע346480.120.160.420.420.59
בטון עם אפר100תחום33 - 478 - 2142 - 840.13 - 0.20.18 - 0.280.35 - 0.460.38 - 0.530.53 - 0.74
ממוצע3911660.150.210.410.450.62
* נתוני התערובות מבדיקות 2013 ו- 2014 בהן הרכב הבטונים תוכנן לדרגת חשיפה 4 על פי ת"י 118, ותערובות 2016 שהרכבן תוכנן לפי גיליון תיקון 4 לתקן עבור אותה דרגת חשיפה. לא כולל את נתוני תערובות 2015 שהרכבן תוכנן לדרגות חשיפה 6, 7, 10 בהן ניצול האפר זניח.
* מקור: ממ"ג-שורק.
* האינדקס חושב לפי ת"י 5098, דצמבר 2009.
* המרת האינדקס למיליסיוורט בוצעה על ידי כפל האיבר ב- 1.4; חישוב רכיב הראדון בוצע על ידי החסרת רכיב הגמא מהערך הכולל.

חישוב המנה לפי נוסחת התקן מבוסס על שהייה במבנה שכל 6 פאותיו יצוקות מבטון (ממ"ד) בשטח 9 מ"ר, במשך 7000 שעות בשנה (19 שעות ביום בממוצע). מנה זו מחושבת לצורך בחינת עמידת מוצר הבנייה במגבלת התקן לתוספת המותרת - 0.3 mSv/y מעל רמת הרקע התקנית (1.1 mSv/y). כדי להעריך את תרומת אפר הפחם למנת הקרינה הממוצעת לה נחשף אדם מן הציבור במבנה מייצג, יש להכפיל את המנה המתקבלת במונחי התקן במקדם 0.5 המשקף מבנה בשטח דומה בעל 3 פאות (רצפה, תקרה וקיר חיצוני עם חלון). זאת בהנחה המחמירה שמעטפת הבניין יצוקה כולה מבטון. בהנחה זו תרומת האפר הממוצעת לקרינה מבטון היא בסדר גודל נמוך במקצת מ- 0.02 mSv/y. למעשה בבניינים רבים מעטפת הבניין אינה יצוקה מבטון, ובהם תרומת האפר למנת הקרינה גבוהה במקצת מ- 0.01 mSv/y. רמות אלה נחשבות זניחות משום שהן מצויות בתחום השתנות קרינת הרקע הטבעית.

כאינדיקטור לתרומת האפר, כאחד חומרי הגלם המקומיים, לתכולת יסודות רדיואקטיביים בתערובת מייצגת של בטון, ניתן להשוות את ערכי הרדיום-אקויוולנט, של תרומת כל אחד ממרכיבי תערובת הבטון, בהסתמך על תכולת יסודות רדיואקטיביים בחומרי חציבה בישראל הנבדקים מאז 2013 במסגרת סקר הקרינה מבטונים עם וללא אפר פחם. בטבלה להלן מוצג ממוצע רב-שנתי של ערכים אלו, לפיו אגרגט דולומיט תורם בממוצע לתערובת הבטון 26 בקרל/ק"ג (25 בתערובת ייחוס ללא אפר כתוסף לבטון), צמנט - 12 (13 בתערובת ייחוס), חול - 7 (8 בתערובת ייחוס), אפר- 15 בקרל/ק"ג.

מרכיב

תערובת עם אפר

תערובת ייחוס

Bq/kg

%

Bq/kg

%

צמנט

11.5

19.3

12.6

27.6

אגרגטים

עדש

16.6

27.9

16.1

35.2

מודרג

9.6

16.1

9.3

20.4

חול

7.1

11.9

7.7

16.8

אפר פחם

14.7

24.7

-

-

כולל

59.5

100

45.7

100

* לתערובות בטון שתוכננו לדרגת חשיפה 4 לפי ת"י 118, בסקרים 2013, 2014 ו- 2016; לא כולל תערובות סקר 2015 שתוכננו לדרגות חשיפה 6, 7, 10 לפי גיליון תיקון 4 לתקן, בהן ניצול האפר זניח.
* סטייה מ- 100 אחוז בסיכום הכולל נובעת מעיגולי ערכים.
מקור נתונים: ממ"ג-שורק.

יישומי אפר פחם בחקלאות

אפר פחם תחתית הוא בעל תכונות מבנה ומרקם המכשירות אותו לשמש כמרכיב של מצעים לגידול צמחים בחקלאות ובגינון. השימושים האפשריים הם: מצע גידול במכלים ודליים בחממות ובעציצים במשתלות, כתחליף לטוף. האפר יכול לשמש גם כחומר מילוי בתשתית למדשאות במגרשי ספורט וגנים ציבוריים וכחומר ריפוד לבעלי חיים :רפתות, אורוות ומכלאות צאן ובקר ולולים.

בממ"ג-שורק נעשו הערכות שהצביעו על כך שתוספת מנת הקרינה לעובדים ולבני אדם מהציבור הכרוכה ביישומים אלה תהיה קטנה מ-40 מיקרוסיוורט לשנה, דהיינו תוספת של כ- 2% על קרינת הרקע הטבעי. תוספת זו היא מסדר הגודל שכונה ע"י הוועדה הבינלאומית להגנה רדיולוגית מנה זניחה (trivial), הפטורה מפיקוח ובקרה.

בבדיקות צמחים אכילים שגודלו על מצע המכיל אפר פחם תחתית לא נמצאה תוספת מובהקת לריכוז הרדיונוקלידים הטבעיים בתוצרת החקלאית לעומת תוצרת דומה שגדלה על מצע טוף. תוספת המנה האקויולנטית לאוכלוסיה הניזונה רק מגידולים כאלה בהנחות קיצוניות היא מסדר הגודל של המנה הטריויאלית על פי ההנחיות הבינלאומיות.

אפר פחם מרחף מנוצל בשפד"ן לייצוב בוצת שפכים המשמשת כתוסף לקרקע ליעוד חקלאי (במס"א – בוצה מיוצבת בסיד ובאפר פחם). מהערכת סיכונים שנערכה בממ"ג-שורק עולה שחשיפת עובדי השדה לקרינה שמקורה באפר הפחם בבמס"א זניחה (מתחת ל- 10 µSv/y). כמו כן, בבדיקות שנערכות בימים אלה בצמחי מאכל הגדלים על קרקע המתוספת בבמס"א במסגרת מעקב בהנחיית משרד הבריאות, נמצא כי אין הצטברות של יסודות רדיואקטיביים במזון בריכוזים החורגים מהמותר על פי תנאי שרות המזון הארצי.

יישומי אפר פחם בתשתיות

אפר הפחם משמש כחומר מילוי מבני בכבישים ובתשתיות שונות, לרבות תשתיות לבנייני מגורים.

מסקירת ספרות מקצועית בינלאומית על תנאים סביבתיים ותקנים לשימוש באפר פחם בתשתיות, אשר נערכה ע"י קמ"ג (הקריה למחקר גרעיני), עולה כי לא קיימת בעיה רדיולוגית משמעותית כתוצאה משימוש באפר פחם בתשתיות. כמו כן, לא נמצא כי קיימת בעיה סביבתית משמעותית עקב חדירת מתכות כבדות וחומרים ר"א למי התהום או לשרשרת המזון כתוצאה משימוש באפר פחם בתשתיות. בדיקות שנערכו ע"י האגף לקרינה במשרד להגנת הסביבה העלו כי כיסוי סוללות אפר הפחם, אשר מהוות תשתית לכבישים וחומר מילוי, ע"י שכבת אדמה או אספלט/בטון, מנחית את חשיפת האוכלוסייה לערכי הרקע הטבעי.

שימוש באפר פחם כהכנת תשתית לבניה של מבני מגורים בוצע בישראל, לפי הנתונים שלהלן: מילוי של שקע בקרקע בעל שטח של כ-15 דונם בשכבת אפר פחם תחתי בעובי של כ- 4.5 מטר והוספה של שכבת קרקע רגילה בעובי של כ- 1.5 מטר מעל שכבת אפר הפחם (מטרת שכבת הקרקע להנחית את מרבית תוספת הקרינה הנגרמת על ידי אפר הפחם). חישובים בממ"ג שורק להערכת תוספת מנת הקרינה הצפויה לדיירי מבנים שייבנו על תשתית זו, הראו כי זו תהיה זניחה לחלוטין (אפילו לפי חישובים מחמירים) ותעמוד על כ-1 מיקרוסיוורט לשנה בלבד. בניית מרתפים שייעודם מגורים בשכבת אפר הפחם מותנית ביצירת מעטפת בליעה מקרקע המפרידה בין האפר וקיר המרתף.

העקרונות הבסיסיים של הגנת העובדים והציבור מקרינה מייננת

יעודכן בקרוב לפי תקן הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית מ- 2014: Radiation Protection and Safety of Radiation Sources: International Basic Safety Standards. No. GSR Part 3.