Tryt (oznaczany symbolem ³H lub T) jest promieniotwórczym izotopem wodoru, który może pochodzić zarówno z naturalnych jak i antropogenicznych źródeł. Monitorowanie jego stężeń, jako radionuklidu dominującego w uwolnieniach z obiektów jądrowych, jest istotne, aby zapewnić utrzymanie poziomu trytu w bezpiecznych granicach (zgodnych z regulacjami obowiązującymi w celu ochrony zdrowia ludzkiego i środowiska). Prace nad optymalizacją metod w badaniach niskich stężeń aktywności trytu w wodach powierzchniowych prowadzą w NCBJ naukowcy Laboratorium Pomiarów Dozymetrycznych.

Głównym naturalnym źródłem trytu na Ziemi jest atmosfera. Tryt powstaje w górnych warstwach atmosfery, w wyniku reakcji jądrowych neutronów promieniowania kosmicznego z atomami tlenu bądź azotu. Tryt jako izotop wodoru wykazuje jego właściwości chemiczne, a także jego wysoką mobilność w środowisku. Podobnie jak stabilny wodór, może występować w stanie gazowym w postaci cząsteczek dwuatomowych HT lub T₂, natomiast częściej występuje w postaci cząsteczki wody trytowej HTO, która podlega naturalnemu obiegowi wody w przyrodzie.

Izotop ten powstaje także w wyniku działalności człowieka np. w związku z pracą reaktorów jądrowych i zakładów przerobu wypalonego paliwa jądrowego. W wyniku przeprowadzonych w latach 50-tych i 60-tych XX wieku testów broni termojądrowej do atmosfery zostały uwolnione znaczące ilości trytu (około 200 razy wyższe niż jego zasoby naturalne ). Od momentu podpisania konwencji o zakazie przeprowadzania atmosferycznych testów broni jądrowej w 1963 roku, ilość trytu wprowadzona do środowiska w związku z testami nuklearnymi stopniowo maleje osiągając obecnie wartości bliskie poziomom tła (sprzed prób jądrowych).

Obecnie źródłami trytu w środowisku związanymi z działalnością człowieka są: m.in. eksploatacja elektrowni jądrowych, zakłady przerobu paliwa jądrowego, zakłady przemysłowe produkujące wyroby zawierające tryt (np. fotoluminescencyjne znaki ewakuacyjne), szpitale wykorzystujące tryt w celach diagnostycznych lub terapeutycznych.

Tryt jest jednym z podstawowych izotopów będących przedmiotem lokalnego monitoringu środowiska wokół takich obiektów jak elektrownie jądrowe i zakłady przerobu paliwa jądrowego, gdyż ze względu na trudności techniczne związane z usuwaniem trytu, większość trytu uwalniana jest z tych obiektów do środowiska w postaci gazowej lub ciekłej.

Zastosowanie czułych metod w badaniach środowiskowych trytu pozwala na rozpoznanie poziomów tła i wykrycie wszelkich nietypowych zmian. Mimo że poziom promieniowania „tła” trytu maleje, pomiary trytu w różnych komponentach środowiska, w tym w systemach rzecznych i innych wodach powierzchniowych, są w dalszym ciągu przedmiotem zainteresowania wielu badaczy, w tym hydrologów. Dokładne dane dotyczące stężeń aktywności trytu są ważne również dla celów oceny narażenia grup krytycznych i populacji. Ze względu na spadek aktywności trytu w środowisku potrzebne są metody pozwalające na pomiar coraz niższych stężeń aktywności. Z tego powodu w laboratoriach na całym świecie od lat prowadzone są badania mające na celu usprawnianie metod oznaczania trytu lub opracowanie nowych, jeszcze bardziej czułych.

W NCBJ takie prace są prowadzone w Laboratorium Pomiarów Dozymetrycznych (LPD). W ostatnim czasie pracownicy LPD przeprowadzili badania mające na celu przetestowanie i porównanie dwóch potencjalnych metod oznaczania trytu, które mogłyby znaleźć zastosowanie w pomiarach niskich stężeń aktywności trytu w wodach. Pierwsza badana metoda stanowiła modyfikację standardowo stosowanej w tym laboratorium metody (modyfikacje dotyczyły doboru warunków pomiarowych). Druga metoda obejmowała zastosowanie wzbogacenia elektrolitycznego. W obu metodach wykorzystano spektrometrię ciekłoscyntylacyjną jako technikę pomiarową. Za ich pomocą naukowcy przebadali próbki wody morskiej pobranej w strefie przybrzeżnej Bałtyku, a także wód rzecznych z różnych rejonów Polski, w tym pobranych w pobliżu Narodowego Centrum Badań Jądrowych, które eksploatuje jedyny w Polsce jądrowy reaktor badawczy MARIA.

Pierwsza badana metoda zakłada, że odpowiednio przygotowana próbka (często poddana uprzednio filtracji, destylacji w celu odseparowania interferujących izotopów i tzw. czynników gaszących) jest mieszana z koktajlem scyntylacyjnym w fiolce pomiarowej, a następnie umieszczana w liczniku. Promieniowanie beta (elektrony) trytu znajdującego się w próbce oddziałują z cząsteczkami scyntylatora powodując rozbłyski światła, które mogą zostać wykryte przez detektor. Metoda ta jest wiarygodna i stosunkowo szybka, ale charakteryzuje się minimalnym wykrywalnym stężeniem aktywności (MDC) na poziomie kilku Bq/L (jego wartość zależy od czułości zastosowanej aparatury i warunków pomiarowych), które może nie być wystarczające na potrzeby pomiarów aktywności trytu w próbkach wód powierzchniowych, których spodziewane aktywności są niskie.

W przypadku oznaczeń trytu w próbkach o niskich stężeniach (nawet < 1 Bq/L) często dodatkowo stosuje się metodę wzbogacenia elektrolitycznego. Podczas procesu elektrolizy, ze względu na efekt izotopowy wpływający na szybkość reakcji chemicznych na elektrodach, cząsteczki H₂O rozkładane są na gazowy tlen i wodór wydajniej niż cząsteczki HTO. W efekcie stężenie trytu w roztworze wzrasta kilkukrotnie lub nawet kilkudziesięciokrotnie, co znacząco pozwala obniżyć MDC. Niestety metoda ta jest czasochłonna, gdyż sam proces elektrolizy trwa zazwyczaj kilka dni.

Zespół naukowców z Laboratorium Pomiarów Dozymetrycznych NCBJ przeprowadził optymalizację stosowanej dotychczas metody, która obejmowała dobór właściwej proporcji objętości próbki i ciekłego scyntylatora, a także wydłużenie czasu pomiaru w liczniku ciekłoscyntylacyjnym.

Zastosowane w stosunku do standardowej metody kroki optymalizacyjne pozwoliły badaczom na zmniejszenie limitu detekcji z około 3.1 Bq/L do 1.8 Bq/L. Dla porównania, parametry zastosowanej metody elektrolitycznej umożliwiły osiągnięcie limitu detekcji wynoszącego 0.20 Bq/L, jednak jej zastosowanie wiąże się z dużo dłuższym czasem przygotowania próbki.

Obie metody zostały następnie zastosowane w badaniach próbek wody pobranych z Morza Bałtyckiego, a także z polskich rzek (m. in. Wisły, Odry, Narwi, Bugu, jak również płynącej w pobliżu Narodowego Centrum Badań Jądrowych rzeki Świder).

„Wyniki stężeń aktywności trytu w próbkach wód powierzchniowych uzyskane obiema testowanymi procedurami analitycznymi były zgodne biorąc pod uwagę ich niepewności rozszerzone" – opisuje mgr inż. Małgorzata Dymecka z Laboratorium Pomiarów Dozymetrycznych NCBJ. "Oznaczone stężenia aktywności trytu wszystkich przebadanych próbek wód pobranych z terenu Polski kształtowały się na poziomie powyżej minimalnego wykrywalnego stężenia aktywności dla metody wzbogacania elektrolitycznego. Tylko pięć przebadanych próbek wykazało stężenie aktywności nieco powyżej limitu detekcji dla zmodyfikowanej metody standardowej. Stężenia aktywności zmierzone metodą wzbogacenia elektrolitycznego dla badanych próbek wód powierzchniowych wahały się od 0.43 ± 0.16 do 0.94 ± 0.32 Bq/L”.

Pomiary pokazały, że najniższe stężenia aktywności trytu otrzymano dla małych rzek północno-wschodniego rejonu Polski. Otrzymane wartości mieściły się w zakresie od 0.43 ± 0.16 do 0.75 ± 0.27 Bq/L, co oznacza, że były zbyt niskie, aby móc je oznaczyć za pomocą zmodyfikowanej standardowej metody. Nieco większe wartości stężeń aktywności otrzymano dla próbek wody z większych rzek, a także dla wody z Morza Bałtyckiego, jednak kształtowały się one na poziomach typowych dla tego rodzaju wód. Stężenia aktywności trytu zmierzone w próbkach pobranych z rzeki Świder powyżej i poniżej ośrodka jądrowego w Świerku były niższe od wartości zmierzonych dla innych głównych polskich rzek, co wykazało (wraz z danymi z Raportu Rocznego Prezesa PAA), że eksploatacja obiektów NCBJ nie przyczyniła się do wzrostu stężenia aktywności trytu w wodzie rzecznej w roku 2022.

Autorzy pracy porównali także uzyskane wartości stężeń izotopu trytu z wartościami otrzymywanymi przez inne grupy badawcze. Otrzymane wyniki wpisują się w spadkowy trend stężenia tego radioizotopu w przyrodzie. Badacze z Laboratorium Pomiarów Dozymetrycznych wybrali metodę z wykorzystaniem elektrolizy do przyszłych analiz zawartości trytu w próbkach wody o aktywnościach na poziomach obserwowanych obecnie w wodach powierzchniowych w Polsce. Mimo znacznie dłuższego czasu potrzebnego na przygotowanie próbek, zapewnia ona pięciokrotnie niższe minimalne wykrywalne stężenie aktywności oraz mniejsze niepewności pomiarowe. Jest więc metodą bardziej dokładną i wiarygodną.

Pełne wyniki badań naukowców są dostępne w publikacji: Dymecka, M., Szaciłowski, G., Rzemek, K., Ośko, J. Low-level tritium measurements in freshwater and seawater samples. J Radioanal Nucl Chem (2024). https://doi.org/10.1007/s10967-023-09295-4

Informacje uzupełniające

Laboratorium Pomiarów Dozymetrycznych zajmuje się oceną oddziaływania ośrodka jądrowego Świerk na otoczenie oraz monitoringiem narażenia na promieniowanie jonizujące personelu NCBJ. LPD świadczy również na rzecz podmiotów zewnętrznych usługi z zakresu wzorcowania aparatury dozymetrycznej, pomiarów dozymetrycznych oraz szkoleń i ekspertyz z zakresu dozymetrii i ochrony radiologicznej.

Działające w strukturach LPD Laboratorium Badawcze nr AB 567 (Dział Pomiarów Skażeń) nieprzerwanie od 2005 posiada akredytację Polskiego Centrum Akredytacji w Warszawie (sygnatariusza wielostronnych porozumień w ramach organizacji międzynarodowych działających w obszarze akredytacji tj.: EA MLA, IAF MLA oraz ILAC MRA). Dział Pomiarów Skażeń wykonuje badania próbek środowiskowych, biologicznych i technologicznych w zakresie oznaczania stężeń aktywności substancji promieniotwórczych. W laboratorium prowadzone są prace badawcze służące rozwojowi stosowanych procedur i metodyk analitycznych.