DOI: https://doi.org/10.1007/s10967-025-10191-2
تاريخ النشر: 2025-06-01
المؤلف: Abdullahi Muhammad وآخرون
الموضوع الرئيسي: الاشعاع وقياسات الرادون
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تركيزات النظائر المشعة الطبيعية (NORMs) \(^{40}\text{K}\)، \(^{226}\text{Ra}\)، و\(^{232}\text{Th}\) في عينات التربة من ثلاث مناطق تعدين في ولاية النيجر، نيجيريا: شاكواتا، إيرجي، وبيينا. أظهرت النتائج أنه بينما كانت تركيزات النشاط لـ \(^{226}\text{Ra}\) و\(^{232}\text{Th}\) منخفضة، كانت مستويات \(^{40}\text{K}\) تتجاوز المتوسط العالمي. كانت النشاط المكافئ للراديوم المحسوبة \(56.64 \, \text{Bq kg}^{-1}\)، وهو أقل بكثير من المعيار الدولي البالغ \(370 \, \text{Bq kg}^{-1}\). بالإضافة إلى ذلك، كانت جميع مؤشرات الخطر (\(H_{ex}\) و\(H_{in}\)) أقل من الواحد، مما يشير إلى وجود خطر إشعاعي منخفض مرتبط بعينات التربة، مما يقترح سلامتها للاستخدام في البناء والتطبيقات المنزلية.
تتوافق الدراسة مع نتائج الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA) التي تشير إلى أن NORMs عادة لا تشكل مخاطر صحية كبيرة ما لم يتم تعزيزها من خلال الأنشطة البشرية. ومع ذلك، يحذر المؤلفون من أن التحليل لم يتضمن المخاطر المحتملة من المياه والجسيمات المحمولة جواً، والتي تعتبر حاسمة لتقييم إشعاعي شامل. علاوة على ذلك، فإن نقص البيانات السريرية والوبائية في مناطق الدراسة يحد من القدرة على ربط مخاطر التعرض للإشعاع مع النتائج الصحية. بشكل عام، تدعم النتائج الاستنتاج بأن التربة من المناطق المدروسة تشكل مخاطر إشعاعية ضئيلة، على الرغم من أن المزيد من البحث ضروري لفهم الآثار المترتبة على NORMs في البيئة بشكل كامل.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث وجود وتأثيرات المواد المشعة الطبيعية (NORMs)، وتحديداً النظائر طويلة العمر 238U، 232Th، و40K، الموجودة في التربة المستخدمة للبناء والزراعة. هذه النظائر المشعة، التي وجدت منذ تشكيل الأرض، موزعة في التربة بناءً على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للصخور الأم. يؤدي تكسير هذه الصخور، خاصة من خلال أنشطة التعدين، إلى زيادة مستويات النشاط للنظائر المشعة، مما يؤدي إلى تلوث إشعاعي محتمل ومخاطر صحية للسكان القريبين بسبب التعرض الخارجي والداخلي من المياه والمنتجات الزراعية الملوثة.
تركز الدراسة على ولاية النيجر، نيجيريا، التي تحتوي على تركيز كبير من NORMs بسبب تعدين الذهب الحرفي الواسع، مما يؤثر على حوالي 52% من المنطقة. تهدف الدراسة إلى تقييم مؤشرات المخاطر الإشعاعية من خلال حساب تركيز NORMs ومؤشرات الخطر المختلفة، بما في ذلك مؤشر خطر الإشعاع غاما ($I_{\gamma r}$)، مؤشر خطر الإشعاع الخارجي ($H_{ex}$)، مؤشر خطر الإشعاع الداخلي ($H_{in}$)، والنشاط المكافئ للراديوم ($Ra_{eq}$). المواقع المختارة لجمع العينات—شاكواتو، إيرجي، وبيينا—هي مجتمعات زراعية ذات نشاط تعدين مرتفع، مما يجعلها حاسمة لتقييم تأثير NORMs على السكان المحليين وسلسلة الغذاء. على الرغم من الدراسات السابقة في ولاية النيجر، تتناول هذه الدراسة فجوة في البيانات المتعلقة بتركيزات NORM في هذه المناطق المحددة.
طرق
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، أدوات، أو عينات بيولوجية، ويقدم وصفاً شاملاً للمنهجيات المطبقة لجمع البيانات. هذا القسم حاسم لضمان إمكانية إعادة الإنتاج، حيث يسمح للباحثين الآخرين بتكرار تجارب الدراسة في ظروف مماثلة.
بالإضافة إلى ذلك، من المحتمل أن تشمل الطرق المستخدمة تحليلات إحصائية، ضوابط تجريبية، وأي بروتوكولات ذات صلة لجمع البيانات ومعالجتها. تعتبر الوضوح والدقة في هذا القسم أساسية للتحقق من النتائج المقدمة في البحث، حيث تحدد الإطار الذي تم الحصول فيه على النتائج وتفسيرها.
نتائج
تشير نتائج الدراسة حول تركيزات النشاط للنظائر المشعة الطبيعية (NORMs) 40 K، 226 Ra، و232 Th من ثلاث مواقع تعدين في نيجيريا إلى أن 40 K أظهر أعلى تركيز للنشاط، يليه 226 Ra و232 Th، مع نطاقات تتراوح من 256 إلى 447 Bq kg$^{-1}$، 12.2 إلى 27.56 Bq kg$^{-1}$، و3.50 إلى 11.90 Bq kg$^{-1}$. كانت أقصى التركيزات المسجلة 447.40 ± 12.67 Bq kg$^{-1}$ لـ 40 K، 27.56 ± 1.18 Bq kg$^{-1}$ لـ 226 Ra، و11.90 ± 1.19 Bq kg$^{-1}$ لـ 232 Th. تشير هذه النتائج إلى أن المستويات المرتفعة من 40 K قد تكون ناتجة عن الجيولوجيا المحلية، التي تتميز بترسبات الصخور الجرانيتية، والاستخدام الواسع للأسمدة في الزراعة.
أظهر التحليل المقارن مع معايير UNSCEAR 2000 أن تركيزات النشاط لـ 226 Ra و232 Th كانت أقل من الحدود الموصى بها البالغة 35 Bq kg$^{-1}$ و30 Bq kg$^{-1}$، على التوالي، بينما تجاوز 40 K العتبة البالغة 400 Bq kg$^{-1}$. كانت مؤشرات الخطر المحسوبة، بما في ذلك مؤشر الخطر الخارجي (H$_{ex}$)، مؤشر الخطر الداخلي (H$_{in}$)، ومؤشر خطر تركيز النشاط غاما (I$_{\gamma r}$)، جميعها أقل من عتبة الواحد، مما يشير إلى أن الإشعاع المنبعث من عينات التربة لا يشكل خطرًا إشعاعيًا كبيرًا. وُجد أن متوسط النشاط المكافئ للراديوم هو 56.64 Bq kg$^{-1}$، وهو أيضًا أقل من القيمة المرجعية لـ UNSCEAR البالغة 370 Bq kg$^{-1}$. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن عينات التربة من المناطق المدروسة آمنة للاستخدام في البناء، حيث إنها لا تتجاوز الحدود المسموح بها للإشعاع.
مناقشة
ركزت الدراسة على التقييم الإشعاعي لعينات التربة من ثلاث مواقع في ولاية النيجر، نيجيريا، التي تتميز بتضاريس وعرة وترسبات كبيرة من الصخور الجرانيتية والجنيس. تم جمع 24 عينة تربة مركبة حول مواقع التعدين، وتم إعدادها وتحليلها باستخدام مطيافية أشعة غاما لتحديد تركيزات النشاط للنظائر المشعة الطبيعية: البوتاسيوم ($^{40}K$)، الراديوم ($^{226}Ra$)، والثوريوم ($^{232}Th$). خضعت العينات لعملية إعداد صارمة، بما في ذلك التجفيف والغربلة، لضمان قياسات دقيقة. أشارت النتائج إلى متوسط نشاط مكافئ للراديوم قدره 56.64 Bq kg⁻¹، وهو أقل بكثير من عتبة السلامة الدولية البالغة 370 Bq kg⁻¹، مما يشير إلى وجود خطر إشعاعي ضئيل مرتبط بالتربة.
علاوة على ذلك، وُجد أن مؤشرات الخطر الخارجية والداخلية المحسوبة (Hₑₓ وHᵢₙ) كانت أقل من الواحد، مما يشير إلى أن التعرض للإشعاع من عينات التربة ضمن حدود آمنة لصحة الإنسان. أظهر البوتاسيوم أعلى تركيز للنشاط بين النظائر المشعة التي تم تقييمها. تشير النتائج إلى أن التربة من مناطق الدراسة يمكن استخدامها بأمان لأغراض البناء والاستخدام المنزلي. ومع ذلك، يشير المؤلفون إلى قيود دراستهم، بما في ذلك استبعاد المياه والجسيمات المحمولة جواً في تقييم المخاطر الإشعاعية، ونقص البيانات الوبائية الشاملة حول الآثار الصحية المتعلقة بالمواد المشعة الطبيعية (NORMs) في المنطقة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s10967-025-10191-2
Publication Date: 2025-06-01
Author(s): Abdullahi Muhammad et al.
Primary Topic: Radioactivity and Radon Measurements
Overview
This research examined the concentrations of naturally occurring radionuclides (NORMs) \(^{40}\text{K}\), \(^{226}\text{Ra}\), and \(^{232}\text{Th}\) in soil samples from three mining areas in Niger State, Nigeria: Shakwata, Eregi, and Pina. The findings revealed that while the activity concentrations of \(^{226}\text{Ra}\) and \(^{232}\text{Th}\) were low, \(^{40}\text{K}\) levels exceeded the global average. The calculated radium equivalent activity was \(56.64 \, \text{Bq kg}^{-1}\), significantly below the international standard of \(370 \, \text{Bq kg}^{-1}\). Additionally, all hazard indices (\(H_{ex}\) and \(H_{in}\)) were below unity, indicating a low radiological risk associated with the soil samples, thereby suggesting their safety for use in construction and domestic applications.
The study aligns with the IAEA’s findings that NORMs typically do not pose significant health risks unless enhanced by human activities. However, the authors caution that the analysis did not include potential risks from water and airborne particles, which are critical for a comprehensive radiological assessment. Furthermore, the lack of clinical and epidemiological data in the study areas limits the ability to correlate radiation exposure risks with health outcomes. Overall, the results support the conclusion that the soil from the studied regions poses minimal radiological hazards, although further research is necessary to fully understand the implications of NORMs in the environment.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the presence and implications of naturally occurring radionuclide materials (NORMs), specifically the long-lived isotopes 238U, 232Th, and 40K, found in soils used for construction and agriculture. These radionuclides, which have existed since the Earth’s formation, are distributed in soils based on the physicochemical properties of the parent rocks. The breakdown of these rocks, particularly through mining activities, increases the activity levels of radionuclides, leading to potential radiological contamination and health risks for nearby populations due to both external and internal exposure from contaminated water and agricultural products.
The study focuses on Niger State, Nigeria, which has a significant concentration of NORMs due to extensive artisanal gold mining, affecting approximately 52% of the region. The research aims to assess the radiological risk indices by calculating the concentration of NORMs and various hazard indices, including the gamma radiation hazard index ($I_{\gamma r}$), external radiation hazard index ($H_{ex}$), internal radiation hazard index ($H_{in}$), and radium equivalent activity ($Ra_{eq}$). The selected sampling sites—Shakwatu, Eregi, and Pina—are agrarian communities with high mining activity, making them critical for evaluating the impact of NORMs on local populations and the food chain. Despite previous studies in Niger State, this research addresses a gap in data regarding NORM concentrations in these specific areas.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, instruments, or biological samples, and provides a comprehensive description of the methodologies applied to gather data. This section is crucial for ensuring reproducibility, as it allows other researchers to replicate the study’s experiments under similar conditions.
Additionally, the methods employed are likely to include statistical analyses, experimental controls, and any relevant protocols for data collection and processing. The clarity and precision in this section are essential for validating the findings presented in the research, as they establish the framework within which the results were obtained and interpreted.
Results
The results of the study on the activity concentrations of natural radionuclides (NORMs) 40 K, 226 Ra, and 232 Th from three mining sites in Nigeria indicate that 40 K exhibited the highest activity concentration, followed by 226 Ra and 232 Th, with respective ranges of 256 to 447 Bq kg$^{-1}$, 12.2 to 27.56 Bq kg$^{-1}$, and 3.50 to 11.90 Bq kg$^{-1}$. The maximum concentrations recorded were 447.40 ± 12.67 Bq kg$^{-1}$ for 40 K, 27.56 ± 1.18 Bq kg$^{-1}$ for 226 Ra, and 11.90 ± 1.19 Bq kg$^{-1}$ for 232 Th. These findings suggest that the elevated levels of 40 K are likely due to the local geology, characterized by granite rock deposits, and the extensive use of fertilizers in agriculture.
Comparative analysis with the UNSCEAR 2000 standards revealed that the activity concentrations of 226 Ra and 232 Th were below the recommended limits of 35 Bq kg$^{-1}$ and 30 Bq kg$^{-1}$, respectively, while 40 K exceeded the threshold of 400 Bq kg$^{-1}$. The calculated hazard indices, including the external hazard index (H$_{ex}$), internal hazard index (H$_{in}$), and gamma activity concentration hazard index (I$_{\gamma r}$), were all below the unity threshold, indicating that the radiation emitted from the soil samples poses no significant radiological risk. The average radium equivalent activity was found to be 56.64 Bq kg$^{-1}$, which is also below the UNSCEAR reference value of 370 Bq kg$^{-1}$. Overall, the results suggest that the soil samples from the studied areas are safe for use in construction, as they do not exceed the permissible radiation limits.
Discussion
The study focused on the radiological assessment of soil samples from three locations in Niger State, Nigeria, characterized by rugged terrain and significant granite and gneiss rock deposits. A total of 24 composite soil samples were collected around mining sites, prepared, and analyzed using gamma-ray spectrometry to determine the activity concentrations of naturally occurring radionuclides: potassium ($^{40}K$), radium ($^{226}Ra$), and thorium ($^{232}Th$). The samples were subjected to a rigorous preparation process, including drying and sieving, to ensure accurate measurements. The results indicated an average radium equivalent activity of 56.64 Bq kg⁻¹, significantly below the international safety threshold of 370 Bq kg⁻¹, suggesting minimal radiological risk associated with the soil.
Furthermore, the calculated external and internal hazard indices (Hₑₓ and Hᵢₙ) were found to be below unity, indicating that the radiation exposure from the soil samples is within safe limits for human health. Potassium exhibited the highest activity concentration among the radionuclides assessed. The findings suggest that the soil from the study areas can be safely utilized for construction and domestic purposes. However, the authors note the limitations of their study, including the exclusion of water and airborne particles in the radiological risk assessment, and the lack of comprehensive epidemiological data on health implications related to naturally occurring radioactive materials (NORMs) in the region.