DOI: https://doi.org/10.62292/njtep.v4i1.2026.114
تاريخ النشر: 2026-03-31
المؤلف: Oghenevovwero Emmanuel Esi وآخرون
الموضوع الرئيسي: الاشعاع وقياسات الرادون
نظرة عامة
تدرس الدراسة التلوث الإشعاعي للرواسب في مياه دلتا النيجر الساحلية بسبب التفريغ غير المنظم للنفايات المتعلقة بالهيدروكربونات. تم تحليل عينات الرواسب باستخدام كاشف يوديد الصوديوم (NaI(Tl))، مما كشف عن متوسط تركيزات البوتاسيوم-40 ($^{40}K$)، اليورانيوم-238 ($^{238}U$)، والثوريوم-232 ($^{232}Th$) عند 1586.80، 27.25، و46.90 بيكريل/كجم، على التوالي. ومن الجدير بالذكر أن تركيزات $^{40}K$ و$^{232}Th$ تجاوزت الحدود القياسية العالمية البالغة 400 بيكريل/كجم و30 بيكريل/كجم، بينما كان $^{238}U$ أقل من الحد القياسي البالغ 35 بيكريل/كجم.
أظهرت المؤشرات الإشعاعية المحسوبة، بما في ذلك النشاط المكافئ للراديوم، مؤشر غاما التمثيلي، مؤشرات الخطر الداخلية والخارجية، معدل جرعة غاما الممتصة، الجرعة الفعالة السنوية المكافئة، ومخاطر السرطان الزائدة مدى الحياة، قيمًا متوسطة قدرها 216.50 بيكريل/كجم، 1.70، 0.60، 0.65، 107.80 نانوجراي/ساعة، 0.13 مللي سيفرت/سنة، وحوالي $4.6 \times 10^{-3}$، على التوالي. تجاوزت هذه المؤشرات الحدود المسموح بها الموصى بها، مما يدل على مستويات تلوث كبيرة. تؤكد النتائج على المخاطر الصحية المحتملة للسكان بسبب تلوث الرواسب المستخدمة في البناء وتقترح أن هذه النتائج قد تكون بمثابة خط أساس للدراسات الإشعاعية المستقبلية في المنطقة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية المواد المشعة الطبيعية (NORM)، وخاصة اليورانيوم، نظائر الثوريوم، والبوتاسيوم، كمصادر رئيسية للتعرض للإشعاع للبشر. يمكن أن يحدث هذا التعرض خارجيًا، من خلال نظائر مشعة غاما في البيئة، وداخليًا عبر استنشاق أو ابتلاع غاز الرادون. يختلف تركيز NORM في التربة والمياه والرواسب والهواء بناءً على العوامل البيئية، ولكن الأنشطة البشرية – مثل استكشاف النفط والغاز، واستخراج الفحم، والبناء – يمكن أن تفاقم وجود النظائر المشعة في الرواسب. يشكل إطلاق النفايات المشعة من هذه الأنشطة مخاطر صحية للأفراد الذين يعيشون في هياكل مبنية بمواد ملوثة.
تسلط الورقة الضوء على منطقة دلتا ستيت الساحلية، التي تعرضت لاستكشاف واسع النطاق للنفط والغاز، مما أدى إلى تلوث محتمل للرواسب المحلية. على الرغم من التقييم العالمي للعناصر المشعة وتأثيراتها الصحية في مواد البناء، هناك نقص ملحوظ في الأبحاث الإشعاعية في هذه المنطقة المحددة، مما يخلق فجوة معرفية بشأن تركيز النشاط الإشعاعي. تهدف الدراسة إلى تقييم الآثار البيئية والصحية للعناصر المشعة في الرواسب المستخدمة في البناء، وتوفير بيانات أساسية حول ما إذا كانت هذه التركيزات ضمن الحدود الطبيعية أو مرتفعة، وبالتالي إنشاء خط أساس للبحوث المستقبلية وتقييمات الصحة العامة.
طرق
أُجريت الدراسة في منطقة دلتا النيجر في نيجيريا، وهي منطقة مهمة لأنشطة استكشاف الهيدروكربونات بسبب احتياطياتها الكبيرة من النفط والغاز. تمتد على مساحة إجمالية قدرها 112,106 كيلومتر مربع، تقع المنطقة في أقصى جنوب نيجيريا، محددة بإحداثيات جغرافية بين خطوط العرض 5°19’20.40″ شمالًا وخطوط الطول 6°28’8.99″ شرقًا. تتميز تضاريس المنطقة ببيئة مستقرة تكتونيًا، مع ارتفاعات تتراوح من 2.05 إلى 45 مترًا فوق مستوى سطح البحر. بالإضافة إلى ذلك، تتخلل المنطقة العديد من الجداول والأنهار التي تتدفق إلى المحيط الأطلسي، مما يبرز ميزاتها الهيدرولوجية المعقدة.
نتائج
تكشف نتائج الدراسة على عينات الرواسب من منطقة دلتا النيجر عن تباينات كبيرة في تركيزات النشاط للنظائر المشعة، وخاصة البوتاسيوم-40 ($^{40}K$)، اليورانيوم-238 ($^{238}U$)، والثوريوم-232 ($^{232}Th$). تراوح تركيز النشاط لـ $^{40}K$ من 44.25 بيكريل/كجم في موقع العينة 30 إلى 6306.90 بيكريل/كجم في الموقع 11، مع قيمة متوسطة قدرها 1586.80 بيكريل/كجم، متجاوزة المتوسط العالمي البالغ 400 بيكريل/كجم (UNSCEAR، 2012). بالنسبة لـ $^{238}U$، تراوحت التركيزات من 0.16 بيكريل/كجم في الموقع 18 إلى 87.72 بيكريل/كجم في الموقع 3، بمتوسط 27.25 بيكريل/كجم، وهو ضمن المتوسط العالمي البالغ 35 بيكريل/كجم. على العكس، تراوحت تركيزات $^{232}Th$ من 1.18 بيكريل/كجم في الموقع 18 إلى 307.84 بيكريل/كجم في الموقع 27، مع متوسط قدره 46.90 بيكريل/كجم، متجاوزة المتوسط العالمي البالغ 30 بيكريل/كجم.
تشير مؤشرات الخطر الإشعاعي المحسوبة إلى المخاطر الصحية المحتملة المرتبطة بهذه المستويات المرتفعة من الإشعاع. وُجد أن متوسط معدل الجرعة الفعالة الخارجية السنوية هو 0.13 مللي سيفرت/سنة، مع تسجيل بعض المواقع لقيم أعلى بكثير. تسلط الدراسة الضوء على أنه على الرغم من أن معظم عينات الرواسب ضمن الحدود الإشعاعية المقبولة، فإن مستويات الإشعاع المرتفعة في بعض المناطق تشكل مخاوف بيئية وصحية خطيرة، خاصة خطر زيادة حدوث السرطان بسبب التعرض طويل الأمد. تشير النتائج إلى أن أنشطة استكشاف الهيدروكربونات قد تسهم في التلوث الإشعاعي الملحوظ، مما يستدعي مزيدًا من المراقبة والتقييم للتخفيف من المخاطر الصحية على السكان المحليين والأنظمة البيئية.
مناقشة
في هذا القسم، يوضح الباحثون منهجية أخذ العينات وتحليل رواسب قاع المياه من دلتا النيجر، مع التركيز على تقييم تركيزات النظائر المشعة. تم جمع ثلاثين عينة من الرواسب، وتجفيفها، وتحضيرها للتحليل الإشعاعي باستخدام كاشف NaI(Tl) بحجم 3”x 3”، والذي تم معايرته لدقة الطاقة والكفاءة. تم حساب النشاط المحدد للنظائر المشعة باستخدام الصيغة \( SA = \frac{HPC}{T_{I}} = I(C_{LD}) \times \epsilon(E) \times M \)، حيث يمثل \( SA \) النشاط المحدد، و\( HPC \) هو أعلى عدد نقاط، و\( \epsilon(E) \) يدل على تقديم الطاقة، و\( I(C_{LD}) \) هو مدة حياة العد، و\( M \) هو الكتلة.
كما قام الباحثون بحساب معلمات مختلفة لمخاطر الصحة الإشعاعية (RHRP) لتقييم الآثار الصحية المحتملة لاستخدام هذه الرواسب في البناء. شملت هذه المعلمات مؤشر النشاط المكافئ للراديوم، مؤشرات الخطر الخارجية والداخلية، معدل الجرعة الممتصة، ومخاطر السرطان الزائدة مدى الحياة، باستخدام الصيغ المعتمدة من الأدبيات. تم إجراء التحليل الإحصائي باستخدام SPSS 25.0، مما كشف عن توزيع تكراري على شكل جرس لتركيزات نشاط النظائر المشعة، مما يشير إلى توزيع متعدد الأنماط ويقترح تركيبات معدنية متنوعة داخل عينات الرواسب. أكدت مخططات الكمية-الكمية أن بيانات تركيز النشاط اتبعت توزيعًا طبيعيًا، مما يعزز موثوقية النتائج.
DOI: https://doi.org/10.62292/njtep.v4i1.2026.114
Publication Date: 2026-03-31
Author(s): Oghenevovwero Emmanuel Esi et al.
Primary Topic: Radioactivity and Radon Measurements
Overview
The study investigates the radiological contamination of sediments in the Niger Delta coastal waters due to unregulated discharge of hydrocarbon-related wastes. Sediment samples were analyzed using a Sodium Iodide detector (NaI(Tl)), revealing mean concentrations of potassium-40 ($^{40}K$), uranium-238 ($^{238}U$), and thorium-232 ($^{232}Th$) at 1586.80, 27.25, and 46.90 Bq/kg, respectively. Notably, the concentrations of $^{40}K$ and $^{232}Th$ exceeded global standard limits of 400 Bq/kg and 30 Bq/kg, while $^{238}U$ was below the standard limit of 35 Bq/kg.
The computed radiological indices, including radium equivalent activity, representative gamma index, internal and external hazard indices, absorbed gamma dose rate, annual effective dose equivalent, and excess lifetime cancer risk, yielded mean values of 216.50 Bq/kg, 1.70, 0.60, 0.65, 107.80 nGy/h, 0.13 mSv/yr, and approximately $4.6 \times 10^{-3}$, respectively. These indices surpassed the recommended permissible limits, indicating significant contamination levels. The findings underscore the potential health risks to residents due to the contamination of sediments used for construction and suggest that these results may serve as a baseline for future radiological studies in the region.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of Natural Occurring Radioactive Materials (NORM), specifically uranium, thorium isotopes, and potassium, as primary sources of radiation exposure for humans. This exposure can occur both externally, through gamma-emitting radioisotopes in the environment, and internally via the inhalation or ingestion of radon gas. The concentration of NORM in soil, water, sediment, and air varies based on ecological factors, but human activities—such as oil and gas exploration, coal extraction, and construction—can exacerbate the presence of radionuclides in sediments. The release of radioactive waste from these activities poses health risks to individuals living in structures built with contaminated materials.
The paper highlights the Delta State coastal area, which has been subjected to extensive oil and gas exploration, leading to potential contamination of local sediment. Despite the global evaluation of radioactive elements and their health impacts in construction materials, there is a notable lack of radiological research in this specific region, creating a knowledge gap regarding the concentration of radioactivity. The study aims to assess the environmental and health implications of radioactive elements in sediments used for construction, providing essential data on whether these concentrations are within normal limits or elevated, thereby establishing a baseline for future research and public health assessments.
Methods
The study was conducted in the Niger Delta region of Nigeria, a significant area for hydrocarbon exploration activities due to its extensive oil and gas deposits. Spanning a total area of 112,106 km², the region is situated in the southernmost part of Nigeria, defined by geographical coordinates between latitudes 5°19’20.40″ N and longitudes 6°28’8.99″ E. The topography of the area is characterized by a tectonically stable environment, with elevations ranging from 2.05 to 45 meters above sea level. Additionally, the region is interspersed with numerous creeks and rivers that flow into the Atlantic Ocean, highlighting its complex hydrological features.
Results
The results of the study on sediment samples from the Niger Delta region reveal significant variations in the activity concentrations of radionuclides, specifically potassium-40 ($^{40}K$), uranium-238 ($^{238}U$), and thorium-232 ($^{232}Th$). The activity concentration of $^{40}K$ ranged from 44.25 Bq/kg at sample site 30 to 6306.90 Bq/kg at site 11, with a mean value of 1586.80 Bq/kg, exceeding the global average of 400 Bq/kg (UNSCEAR, 2012). For $^{238}U$, concentrations varied from 0.16 Bq/kg at site 18 to 87.72 Bq/kg at site 3, averaging 27.25 Bq/kg, which is within the world average of 35 Bq/kg. Conversely, $^{232}Th$ concentrations ranged from 1.18 Bq/kg at site 18 to 307.84 Bq/kg at site 27, with a mean of 46.90 Bq/kg, surpassing the global average of 30 Bq/kg.
The computed radiological hazard indices indicate potential health risks associated with these elevated levels of radioactivity. The mean annual effective outdoor dose rate was found to be 0.13 mSv/y, with some locations recording significantly higher values. The study highlights that while most sediment samples are within acceptable radiological limits, the elevated radiation levels in certain areas pose serious environmental and health concerns, particularly the risk of increased cancer incidence due to long-term exposure. The findings suggest that hydrocarbon exploration activities may contribute to the observed radiological pollution, necessitating further monitoring and assessment to mitigate health risks to local populations and ecosystems.
Discussion
In this section, the researchers detail the methodology for sampling and analyzing water bed sediments from the Niger Delta, focusing on the assessment of radionuclide concentrations. A total of thirty sediment samples were collected, dried, and prepared for radioactive analysis using a 3”x 3” NaI(Tl) detector, which was calibrated for energy resolution and efficiency. The specific activity of the radionuclides was computed using the formula \( SA = \frac{HPC}{T_{I}} = I(C_{LD}) \times \epsilon(E) \times M \), where \( SA \) represents specific activity, \( HPC \) is the highest point counts, \( \epsilon(E) \) denotes energy presentation, \( I(C_{LD}) \) is the counting life duration, and \( M \) is the mass.
The researchers also calculated various radiological health risk parameters (RHRP) to evaluate the potential health implications of using these sediments in construction. These parameters included the Radium Equivalent Index, External and Internal Hazard Indices, Absorbed Dose Rate, and Excess Lifetime Cancer Risk, employing established formulas from the literature. Statistical analysis was conducted using SPSS 25.0, revealing a bell-shaped frequency distribution of radionuclide activity concentrations, indicating a multimodal distribution and suggesting diverse mineral compositions within the sediment samples. Quantile-quantile plots confirmed that the activity concentration data followed a normal distribution, reinforcing the reliability of the findings.