Radonmessung und Alter

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 12717 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Es wurde eine umfassende Studie durchgeführt, um die Radonkonzentration in Flaschenwasser zu messen, das auf dem iranischen Markt erhältlich ist. Die 222Rn-Konzentration in 70 Flaschenwasserproben wurde mit der Schnüffeltechnik und RTM 1688-2 (SARAD, Deutschland) unmittelbar bei der Probenahme und drei Monate später zur Bestimmung des Radonzerfalls gemessen. Die gemessene Radonkonzentration lag zwischen 0,003 und 0,618 Bq L−1 in Flaschenwasserproben und lag damit weit unter dem von der WHO (100 Bq L−1) und der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde (USEPA) empfohlenen Wert für Radon im Trinkwasser ( 11.1 Bq L−1). In dieser Untersuchung wurde auch die jährliche wirksame Dosis von 222Rn aufgrund der Einnahme von Flaschenwasser bewertet. Die mittlere jährliche effektive Dosis aufgrund der Aufnahme von Radon in Flaschenwasser für Erwachsene, Kinder und Kleinkinder schwankte schätzungsweise zwischen 5,30 × 10–4 mSv–1, 4,90 × 10–4 mSv–1 und 2,15 × 10–4 mSv −1. Insgesamt ergab diese Studie, dass die iranische Bevölkerung aufgrund der Radonkonzentration in Flaschenwassermarken, die auf dem iranischen Markt häufig konsumiert werden, keinem signifikanten radiologischen Risiko ausgesetzt ist.

Als Hauptquelle der Radioaktivität gelten Umweltquellen, insbesondere Grundwasser aus Granit und metamorphem Gestein1,2. Radioaktive Materialien werden häufig über natürlich vorkommende Quellen und vom Menschen verursachte oder künstliche Radionuklid-Fallouts in die Umwelt eingetragen3,4. Zu den natürlich vorkommenden Quellen gehören 238U und seine Tochtergesellschaften 226Ra und 222Rn, die häufig in Wasserressourcen, Gesteinen und Böden vorkommen4,5. Allerdings können durch Unfälle und nukleare Explosionen verursachte künstliche Radionuklid-Fallouts die Wasserressourcen und die Umwelt, in der Menschen leben, kontaminieren6,7. Radon (222Rn) ist als schwerstes Edelgas, das durch Alphazerfall von 238U entsteht, in der Umwelt von Natur aus allgegenwärtig; Allein 222Rn macht 50 % der gesamten natürlichen Strahlung aus8,9. Radongas stammt aus Böden, Gesteinen und Sedimenten und kommt aufgrund seiner hohen Löslichkeit (510 cm3 L−1) und Dichte (9,73 g L−1) häufig im Grundwasser vor10,11,12,13. 222Rn gilt als farb-, geschmacks- und geruchloses radioaktives Gas mit einer Halbwertszeit von 3,82 Tagen14,15. Radon zeichnet sich durch eine langfristige Halbwertszeit und die Fähigkeit zur Emission von Alpha-Partikeln aus, die bei langfristiger Exposition beim Menschen Lungen-, Blut- und Magen-Darm-Krebs verursachen können5,16. Das Einatmen und Verschlucken sind die Hauptwege der 222Rn-Exposition; Das Vorkommen hoher Konzentrationen dieses krebserregenden Stoffes in der Raumluft und im Grundwasser führt zu einer inneren Belastung des Menschen16,17,18,19. 222Rn-Exposition als zweiter Risikofaktor für Lungenkrebs kann auch die DNA schädigen, in den Magen eindringen und sich über den Blutkreislauf durch den menschlichen Körper bewegen5,8. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) und die US-Umweltschutzbehörde (USEPA) haben Werte von 100 BqL-1 bzw. 11,1 BqL-1 als maximale Kontamination von Wasserressourcen empfohlen20,21. Darüber hinaus wurde von der WHO eine jährliche effektive Dosis von 0,1 mSv-1 empfohlen, die durch die Exposition gegenüber 222Rn im Trinkwasser hervorgerufen wird22,23. Die Quantifizierung der Radioaktivität im Trinkwasser ist für das Risiko für die öffentliche Gesundheit und die Expositionshöhe der Bevölkerung sowie für die jährliche effektive Strahlendosis von entscheidender Bedeutung12,24. Flaschenwasser gilt weltweit als die wichtigste Trinkwasserquelle, insbesondere in Ländern mit heißem und trockenem Klima3. Im letzten Jahr hat in Flaschen abgefülltes Wasser, das in Polyethylen in Polyethylenterephthalat (PET) enthalten ist, große Aufmerksamkeit erregt, und die Länder produzieren weiterhin in großen Mengen abgefülltes Wasser25. Beispielsweise ist laut World Water Report der durchschnittliche jährliche Verbrauch der Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) im Jahr 2006 um 260 Liter pro Person gestiegen. Worldwater.org (http://www.worldwater.org/). Aufgrund der Tatsache, dass der Verbrauch von abgefülltem Wasser weltweit zugenommen hat, kann eine kontinuierliche Überwachung der Radonkonzentration in abgefülltem Wasser die Probleme und Bedenken hinsichtlich der Wasserversorgung lindern. In jüngster Zeit haben sich mehrere Studien auf den Radongehalt in verschiedenen Trinkwasserarten wie Flaschenwasser, Grundwasser und Oberflächenwasser auf der ganzen Welt konzentriert26,27,28,29,30. Im Fall des Iran konzentrierten sich einige Studien auf die Radonkonzentration in Wasserressourcen, einschließlich Quellen, Brunnen, Qanat und Leitungswasser5. Nach unserem Kenntnisstand liegen jedoch keine Informationen zur Radonkonzentration in Flaschenwasser vor. Diese Studie könnte als erster Versuch angesehen werden, die Radonkonzentration im Iran umfassend zu überwachen und die jährliche effektive Dosis mithilfe der Monte-Carlo-Stimulationstechnik abzuschätzen.

Diese Querschnittsstudie wurde 2019 durchgeführt, um die Radonkonzentration in Flaschenwasser auf dem iranischen Markt umfassend zu überwachen. Insgesamt wurden 70 verschiedene Flaschenwassermarken, die hauptsächlich von Iranern konsumiert werden, in verschiedenen Provinzgebieten des Iran gesammelt. Die abgefüllten Wässer wurden ins Labor gebracht, jede Flasche Wasser hatte einen spezifischen Code. Die Radonmessungen wurden zweimal durchgeführt; unmittelbar nach der Entnahme des Flaschenwassers und drei Monate später, um den Radonzerfall nach der Produktion zu bestimmen. Es wurde besonders darauf geachtet, den Kontakt von Wasserproben in Flaschenwasser mit Luft zu vermeiden und diese bei 25 °C aufzubewahren.

Die Konzentration von 222Rn im abgefüllten Wasser wurde mit der Slow-Mode-Technik und RTM 1688-2 (SARAD, Deutschland) unter Verwendung der Radongasextraktion aus der Lösung gemessen31. Eine kurze Beschreibung des Radon-Messverfahrens finden Sie hier. Im Allgemeinen wird die Gaskonzentration von Radon (222Rn) durch die kurzlebigen Folgeprodukte bestimmt, die beim Radonzerfall in einer Messkammer entstehen. Darüber hinaus basiert die Messung der Radon-Aktivitätskonzentration in der Wasserprobe auf dem Gleichgewichtszustand zwischen der Radon-Luft- und Wasser-Aktivitätskonzentration, der sich innerhalb eines geschlossenen Systems nach einer bestimmten Zeit (1 Stunde) einstellt. Der Sprudelkolben mit 500 ml Flaschenwasser bei 25 °C wurde an das RTM 1688-2-Gerät angeschlossen. Der sprudelnde Kolben ermöglicht die Freisetzung von Radongas aus der Wasserprobe, das in einen geschlossenen Kreislauf geleitet wird. Das freigesetzte Luftvolumen zirkuliert durch die interne Pumpe des Radon-Monitors im Kreislauf. Unmittelbar nach dem Radonzerfall werden die verbleibenden Po-218-Kerne für kurze Zeit positiv geladen; Einige Hüllenelektronen werden vom emittierten Alphateilchen weggestreut. Gleichzeitig zeigt der Halbleiterdetektor die durch die elektrische Feldkraft gesammelten Ionen an; Die Anzahl der gesammelten Po-218-Ionen ist proportional zur Radongaskonzentration in der Kammer. Im Allgemeinen wird die gesamte Radonaktivität im System als Konstante über den Messzeitraum berechnet und der Zusammenhang kann gemäß der Formel31 angegeben werden:

mit: A(Wasser) = Gesamtaktivität der Wasserprobe vor der Entgasung, A1 (Wasser) = Restaktivität der Wasserprobe nach der Entgasung, A(Luft) = Aktivität im Luftvolumen.

Darüber hinaus wurden die Radonkonzentrationen mit einem Konfidenzintervall von 95 % und BqL−1 angegeben. Der pH-Wert und die Leitfähigkeit wurden für verschiedene Flaschenmarken gemessen.

Die Exposition gegenüber der Radonkonzentration im Trinkwasser trägt über einen längeren Zeitraum zu einer erhöhten Strahlendosisbelastung des Magens bei9. Die durchschnittliche jährliche effektive Dosis (Ed, mSvy−1) aufgrund der Radonexposition nach dem Verzehr von radonreichem Flaschenwasser wurde mithilfe des von UNSCEAR empfohlenen Verfahrens und der Gleichung geschätzt5,12:

Dabei bezieht sich Ac auf die Radonaktivitätskonzentration in Flaschenwasserproben (BqL−1), q stellt die tägliche Verbrauchsrate (Lday−1) dar, Cf ist der Dosiskoeffizient (mSvBq−1) für verschiedene Altersgruppen und T ist die Aufnahme Zeitraum (365 Tage).

Es ist wichtig zu beachten, dass es keine gültigen und offiziellen Daten zur Verbrauchsrate von abgefülltem Trinkwasser für den Iran gibt. Daher haben wir die vom Wissenschaftlichen Ausschuss der Vereinten Nationen für die Auswirkungen atomarer Strahlung16 gemeldeten Daten für eine andere Gruppe übernommen: Kleinkinder (150 Lyr−1). ), Kinder (350 Lyr−1) und Erwachsene (730 Lyr−1). Der Dosiskoeffizient (Cf) für jede Altersgruppe wurde aus „International Basic Safety Standards for Protection against Ionizing Radiation and for Safety of Radiation Sources“32 ermittelt: Erwachsene (18 × 10−6 mSv/Bq−1) und Kinder (35 × 10−6 mSvBq−1).

Die Unsicherheit und Variabilität der in der Gleichung des Risikoindex berücksichtigten Parameter wurden mit der Monte-Carlo-Simulationstechnik und 10.000 Iterationen in der Oracle® Crystal Ball-Software (Version 1.1.2.4.850) berechnet. Diese Technik wählt die Werte der Parameter im angegebenen Bereich proportional zur Verteilung jeder Variablen aus und berechnet dann das Risikoniveau. Dieser Vorgang wird mehrmals wiederholt und berechnet als Endergebnis den Durchschnitt, das Minimum, das Maximum, die Standardabweichung, verschiedene Perzentilwerte und einige andere statistische Indizes. Diese Wiederholungen beseitigen die Unsicherheit und Variabilität der Parameterwerte. Daher sind die Ergebnisse zuverlässiger und wertvoller als die Ergebnisse, die mit konstanten Werten der Eingabeparameter erzielt werden. Um den Beitrag der Eingabevariablen zum vorhergesagten Wert des Risikoindex zu bestimmen, wurde eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Andererseits zeigte die Sensitivitätsanalyse, wie stark Einflussfaktoren die Antwortvariable, die effektive Jahresdosis, für verschiedene Altersgruppen verändern können.

Insgesamt 70 Flaschenwassermarken, die auf dem iranischen Markt und in verschiedenen Provinzen kommerziell erhältlich waren, wurden gesammelt und auf die 222Ra-Konzentration (BqL−1) analysiert. Tabelle 1 zeigt die mittlere Radonkonzentration in Flaschenwasserproben, die sofort vom iranischen Markt entnommen wurden, und deren Konzentration nach dreimonatiger Lagerung bei 25 °C. Wie in Tabelle 1 zu sehen ist, variiert die Radonkonzentration zwischen 0,003 und 0,618 BqL−1. Der höchste und der niedrigste 222Rn-Konzentrationswert wurden in den Codes 35 bzw. 49 beobachtet. Darüber hinaus wurde der Mittelwert der Radonmessung im Anfangsstadium mit 0,040 BqL−1 berechnet, was viel niedriger ist als die empfohlenen Werte von 222Rn im Trinkwasser USEPA (11,1 BqL−1) und WHO (10 BqL−1)33 ,34. Der Abfall der 222Rn-Konzentration in Flaschenwasserproben, die bei Umgebungstemperatur innerhalb von 3 Monaten gelagert wurden, wurde auf 0,001 bis 0,593 BqL−1 berechnet. Im Allgemeinen wurde festgestellt, dass die 222Rn-Konzentrationen in allen Flaschenwasserproben unter dem empfohlenen Wert liegen und für Trinkwasser im Iran akzeptabel sind. Abojassim et al. untersuchte die Radonkonzentration in Flaschenwasser auf dem irakischen Markt. Sie berichteten, dass die mittlere Radonkonzentration im Trinkwasser in Flaschen 0,11256 BqL−1 (0,0354–0,248 BqL−1) betrug35. Darüber hinaus haben Turhan et al. berichteten, dass die durchschnittliche Brutto-Alpha- und Beta-Radioaktivitätskonzentration in Flaschenwasser in der Türkei 21 ± 5 mBqL−1 bzw. 59 ± 12 mBqL−1 betrug2. In einer systematischen Übersichtsarbeit im Iran stellten Keramati et al. berichteten, dass die Radonkonzentration in Trinkwasser unter dem Richtwert lag, mit Ausnahme von Quellen5, was mit unserer Studie übereinstimmt. Die geringere Löslichkeit und Kurzlebigkeit von Radon führt zur Freisetzung dieses radioaktiven Gases aus dem Oberflächenwasser in die Atmosphäre. Dies ist die wahrscheinlichste Erklärung für die geringere beobachtete Radonkonzentration im Leitungswasser im Vergleich zu Wasser aus der Tiefe36. Darüber hinaus sind in Tabelle S1 der pH-Wert und der EC-Wert von Flaschenwasserproben im Anfangsstadium und bei der Messung nach drei Monaten aufgeführt.

Die Berechnung der jährlichen effektiven Dosis kann eine gute Interpretation der Gesundheitsrisiken bei der Exposition gegenüber Schadstoffen liefern37. Die jährlichen effektiven Radondosen in Flaschenwasserproben aufgrund der Einnahme wurden für verschiedene Altersgruppen (nämlich Säuglinge, Kinder und Erwachsene) unter Verwendung der in Tabelle 2 aufgeführten Parameter berechnet. Abbildung 1a,b zeigt die jährlichen mittleren effektiven Radondosen in Flaschenwasser, das von Iranern verschiedener Altersgruppen konsumiert wird. Abbildung 1a zeigt die entsprechende jährliche effektive Radondosis in den Flaschenwasserproben im Sofort- und Anfangsstadium. Bei Säuglingen variiert der Ed-Wert zwischen 1,57 × 10−5 und 3,20 × 10−3 mSvy−1 mit einem Durchschnittswert von 2,15 × 10−4 mSvy−1. Für die Altersgruppe der Kinder wurde ein Ed im Bereich von 3,64 × 10–5–7,50 × 10–3 mSvy–1 mit einem Durchschnittswert von 4,90 × 10–4 mSvy–1 berechnet. Für die Erwachsenengruppe wurde die jährliche effektive Dosis auf 3,94 × 10–5 bis 8,10 × 10–3 mSvy–1 geschätzt, mit einem Durchschnittswert von 5,30 × 10–4 mSv–1. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde festgestellt, dass die Ed-Gruppe für Erwachsene am höchsten ist, gefolgt von Säuglingen und Kindern. Daher gelten Erwachsene als die kritischste Bevölkerungsgruppe für den Konsum von Wasser in Flaschen im Iran. Da der Dosisumwandlungskoeffizient bei Säuglingen und Kindern doppelt so hoch ist wie in der Erwachsenengruppe, ist die jährliche Verbrauchsrate von Flaschenwasser höchstwahrscheinlich ein Einflussparameter auf eine höhere Ed in der Erwachsenengruppe. Gemäß den Ergebnissen der Messung von Radon in Flaschenwassermarken, die in dieser Studie untersucht wurden, haben wir herausgefunden, dass die gesamte jährliche effektive Radondosis in verschiedenen Altersgruppen viel niedriger ist als die von WHO und UNSCEAR empfohlene maximale jährliche Referenzdosis (0,1 mSvy−). 1)22,23. Ähnliche Ergebnisse, bei denen Ed unter den weltweit normalen Grenzwerten (dh 1 mSv−1) lag, wurden zuvor in Studien berichtet, die sich auf Radon in Wasserressourcen konzentrierten3,8,35.

Die berechneten jährlichen effektiven Radondosen in Flaschenwasserproben im Anfangsstadium (a) und drei Monate lang bei 25 °C gelagert (b).

Darüber hinaus sind in Abb. 1b die jährlichen effektiven Radondosen in Flaschenwasserproben dargestellt, die drei Monate lang bei 25 °C gelagert wurden. Wie in Abb. 1b gezeigt, wurde berechnet, dass die Ed für die Altersgruppe der Erwachsenen im Bereich von 1,31 × 10–6–7,88 × 10–5 mSvy–1 liegt, mit einem Durchschnittswert von 1,07 × 10–5 mSvy–1. Bei der Kindergruppe variieren die Ed-Werte zwischen 1,21 × 10−5 und 7,28 × 10−4 mSvy−1 mit einem Durchschnittswert von 9,93 × 10−5 mSvy−1. Für Säuglinge wurde dieser Wert auf 5,24 × 10–6 bis 3,14 × 10–4 mSvy–1 geschätzt, mit einem Durchschnittswert von 4,28 × 10–5 mSvy–1. Im Allgemeinen sind die geschätzten Ed-Werte für die Radonkonzentration in in Flaschen abgefüllten Wasserproben deutlich niedriger als die der ursprünglichen Proben. Insgesamt lässt sich für die untersuchte Radonkonzentration in Flaschenwasser der Schluss ziehen, dass die iranische Bevölkerung aufgrund der häufig beobachteten Radonkonzentration in Flaschenwassermarken keinem signifikanten radiologischen Risiko ausgesetzt ist.

Eine Sensitivitätsanalyse mittels Monte-Carlo-Simulation wurde durchgeführt, um zu untersuchen, wie die Variabilität der Ausgaben quantitativ auf verschiedene Quellen der Variabilität der Eingaben verteilt werden kann. Darüber hinaus helfen die Monte-Carlo-Simulationstechnik und die Sensitivitätsanalyse den Behörden zu verstehen, welche Einflussfaktoren einen größeren Einfluss auf die jährliche effektive Dosis haben.

Die Ergebnisse zur Risikobewertung durch die Aufnahme von Flaschenwasser mit Radon zeigen, dass bei beiden Messungen (anfänglich und nach der Lagerung) die Radonkonzentration den höchsten Beitrag zur Variation dieses Indexes leistet (siehe Abb. 2). Wie aus Abb. 2 hervorgeht, lag der Beitrag der Radonkonzentrationen im Anfangsstadium zwischen 75,8 und 77,0 %; Diese Werte wurden für in Flaschen abgefüllte Wasserproben, die bei einer Temperatur von 25 °C gelagert wurden, auf 50,0 bis 50,9 % geschätzt.

Sensitivitätsanalyse und der Beitrag von Einflussparametern auf die jährliche effektive Radondosis in Flaschenwasser. (a) (Anfänglich), (b) (gespeichert).

Dies unterstreicht die Bedeutung der Radonkonzentration bei der Belastung durch Flaschenwasser und radonreiche Wasserquellen. Daher sollte dieser Parameter von den Behörden kontinuierlich überwacht werden und es werden vorbeugende Maßnahmen empfohlen, um die Radonkonzentration in Wasserquellen vorrangig zu messen.

Die vorliegende Studie stellt einen der ersten Versuche dar, die Radonaktivitätskonzentration in abgefülltem Wasser, das auf dem iranischen Markt erhältlich ist, umfassend zu überwachen. Unsere Schlussfolgerungen basieren auf der Radonkonzentration in 70 Flaschenwassermarken, die von Iranern häufig konsumiert werden: (1) Die gemessene Radonkonzentration in Flaschenwasserproben (0,003–0,618 BqL−1) war viel niedriger als die von WHO und UNCERP empfohlenen Werte. (2) Die jährlichen effektiven Radondosen in abgefülltem Wasser lagen schätzungsweise unter dem von der WHO empfohlenen Wert. (3) Insgesamt lässt sich der Schluss ziehen, dass die iranische Bevölkerung aufgrund der häufig beobachteten Radonkonzentration in Flaschenwassermarken keinem signifikanten radiologischen Risiko ausgesetzt ist. Die kontinuierliche Überwachung der Radonkonzentrationen in verschiedenen Quellen kann den Behörden jedoch dabei helfen, Abhilfemaßnahmen zu ergreifen, um das Gesundheitsrisiko zu minimieren. Darüber hinaus lässt sich die Einschränkung der vorliegenden Studie dadurch beschreiben, dass es im Iran keine offizielle Verbrauchsrate für in Flaschen abgefülltes Wasser gibt. Daher wird den Behörden empfohlen, diesen Wert zu messen, um die definitive effektive Jahresdosis von Radon in abgefülltem Wasser zu ermitteln.

Die während der aktuellen Studie generierten und analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Autoren bedanken sich für die finanzielle Unterstützung durch den Forschungsbeauftragten der Medizinischen Universität Teheran, Teheran, Iran, unter der Fördernummer 35747. Die Autoren möchten sich bei den Labormitarbeitern der School of Public Health bedanken.

Abteilung für Umweltgesundheitstechnik, School of Public Health, Medizinische Universität Teheran, Teheran, Iran

Mina Pourshabanian, Simin Nasseri, Ramin Nabizadeh Nodehi, Sara Sadat Hosseini und Amir Hossein Mahvi

Zentrum für Abfallforschung, Institut für Umweltforschung, Medizinische Universität Teheran, Teheran, Iran

Mina Pourshabanian, Simin Nasseri, Ramin Nabizadeh Nodehi und Amir Hossein Mahvi

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MP: Schreiben, Methodik, Untersuchung. SN: Methodik. RNN: Untersuchung, Analyse, SSH; Experimentelle Analyse, AHM: Konzeptualisierung, Supervision.

Korrespondenz mit Amir Hossein Mahvi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Pourshabanian, M., Nasseri, S., Nodehi, RN et al. Radonmessung und altersunabhängige effektive Dosis aufgrund der Einnahme von Flaschenwasser im Iran: Sensitivitätsanalyse. Sci Rep 13, 12717 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39679-1

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Eingegangen: 19. Mai 2023

Angenommen: 28. Juli 2023

Veröffentlicht: 05. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39679-1

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