Poddavsnitt 15: Tema forskning: Radioekologi – om hur radioaktiva ämnen beter sig i miljön

I en båt utanför den kärntekniska anläggningen Studsvik tar forskare från Linköpings universitet prover från bottensediment för att studera vilka radioaktiva ämnen (radionuklider) som har släppts ut. Syftet är att ta reda på vilka ämnen det handlar om och studera hur olika radionuklider förflyttar sig i miljön och tas upp av till exempel växter och djur. Det här är ett av de forskningsprojekt som Strålsäkerhetsmyndigheten finansierar för att öka kunskapen och vidmakthålla kompetensen inom radioekologi.

– Vi kallar det här radioekologiska studier. Vi har radioaktivitet överallt, i luft, mark, vatten, i människor och djur, men den absolut största andelen är naturliga radionuklider, det säger Mats Eriksson, biträdande professor på Linköpings universitet som leder forskningsprojektet och den grupp som finansieras av myndigheten. Han har en lång forskningserfarenhet och har förutom det även arbetat på Strålsäkerhetsmyndighetens enhet för mätning av joniserande strålning.

– Det ultimata slutet för radionukliderna som släpps ut, förutom sönderfall, är att de transporteras i mark via vattendrag ner till havet och sedimenterar. Men under de här transporterna så är det en liten fraktion som tas upp av växter och djur och kan ge en stråldos. Läran om att förstå de här transportmekanismerna, upptagen och studera fördelningen av radionuklider - det är radioekologi.

Det genomskinliga plaströret sänks ner med hjälp av en vinsch till botten för att ta upp sediment.

Grzegorz Olszewski som rattar båten är förste forskningsingenjör på Linköpings universitet. Han har också en tjänst som forskare på ett universitet i Polen. I flera år har han samarbetat med forskarna i Linköping kring radioekologistudier, för i dagsläget finns det inte några större möjligheter till det i hans hemland.

– Radioekologi är ingen stor fråga i Polen och det ses inte som något problem eftersom vi inte har några kärnkraftverk, vi har bara en forskningsreaktor. Man har helt enkelt inte satsat så mycket på det här, ämnet håller på att dö ut. Men nu planerar regeringen att bygga kärnkraftverk och då vill vi ligga i framkant och vara med och ta fram mät- och analysmetoder. Så småningom kommer regeringen att se behovet av att investera i radioekologi säger Grzegorz Olszewski.

Arkiv på havets botten

Sedimentprover tas i alla möjliga miljöövervakningssammanhang, alltså inte bara när det handlar om radioaktiva ämnen. Eftersom mycket av det från land så småningom hamnar på botten i hav och sjöar kan man genom analyser av innehållet i sedimenten ta reda på hur mycket av ett visst ämne som släppts ut. Man kan också datera när i tid utsläppet skedde. Man kan säga att det blir som ett historiskt arkiv där det som ligger överst är från de senaste åren, och det längre ner i sedimenten är äldre, flera år, flera decennier eller ännu äldre beroende på hur snabbt sedimentationen sker. Hur snabbt det går på havsbotten beror bland annat på strömmar och hur långt det är från land.

– Här ute betyder en centimeter nästan ett helt år, längre in närmare land är det betydligt lägre sedimentationshastighet, då är ett lager cirka 3-4 år, berättar Mats Eriksson.

Bly 210 metoden

Men hur vet forskarna att just en centimeter är ungefär ett år i det här fallet? Jo de använder sig av ”bly 210 metoden”. Den går ut på att man vet att den radioaktiva bly isotopen, bly 210, alltså en variant (isotop) av bly, som bildas när radon sönderfaller har en halveringstid på 22 år. Eftersom det hela tiden sker ett naturligt läckage av radon från berggrunden som i sin tur genererar olika sönderfallsprodukter som sjunker ner till havsbotten, bland annat bly 210, så kan man mäta koncentrationen av bly i sedimenten och på så sätt datera den.

- Det blir som en intern klocka. Toppsedimentet har i stort sätt alltid samma koncentration, och när det blivit halva den koncentrationen så har det gått 22 år, som är halveringstiden för bly 210, säger Mats Eriksson.

Så det är samma metod som kol 14 metoden?

– Absolut, varje sådan här teknik har olika tidsperspektiv. Man kan datera någonting i ungefär fem halveringstider, för bly är det cirka 100-110 år. Om man använder kol 14 metoden kan man komma upp i 50 000 år, men där finns det inget intresse för oss här eftersom Studsvik började ju sin verksamhet på 50-talet. Vi kan också använda oss av en betydligt kortare nuklid, torium 228 som har 1,8 års halveringstid, då kan vi datera de senaste tio åren.

Viktig kunskap i händelse av en radiologisk olycka

Men varför är den här typen av studier viktiga och varför finansierar Strålsäkerhetsmyndigheten just det här forskningsprojektet? Det finns flera svar på den frågan men en viktig anledning handlar om beredskap inför en eventuell radiologisk olycka, alltså att stora mängder radioaktiva ämnen släpps ut i miljön ifrån till exempel ett kärnkraftverk. Mats Eriksson berättar.

–Radioekologi är alltså vetenskapen om att förstå flödena och hur mycket som tas upp av olika organismer. Det här är en bas för att göra policys. För att få de här beslutsverktygen, speciellt i en beredskapssituation när man har ett utsläpp och ska bestämma sig för vilka åtgärder man ska använda. Ska man till exempel säga att man inte ska dricka vatten eller att korna ska hållas inomhus och inte beta på fälten? Sådana råd måste baseras på vad radioekologerna har kommit fram till genom forskning. Det handlar om att hjälpa myndigheten i deras beslutstagande.

– När det gäller de här utsläppen från specifikt Studsvik, hur mycket handlar det om, hur stor är den extra stråldos som till exempel en mussla som lever här får i sig?

–Här ute i Tvären handlar det om ungefär en hundradel av den naturliga bakgrundsstrålningen.

Den naturliga bakgrundsstrålningen kommer framförallt från när uran och torium i berggrunden sönderfaller och från Kalium-40 som finns i all materia i olika koncentrationer, kalium-40 finns faktiskt även naturligt i våra egna kroppar. Eftersom utsläppen sker i vatten vid Studsvik blir utspädningseffekten stor och minskar med avståndet till själva utsläppskällan. I Östersjön i stort är just de här utsläppen inte ens mätbara. Precis vid utsläppskällan, lokalt, ifrån ett rör från Studsvik är de något högre, ungefär en tiondel av den naturliga bakgrundsstrålningen.

Studier både på land och i vatten

Vi lämnar forskarna utanför Studsvik en stund, för det här är inte det enda projektet inom radioekologi som myndigheten finansierar. Anna Maria Blixt Buhr som jobbar på Beredskapsenheten på Strålsäkerhetsmyndigheten är också forskningshandläggare och berättar om andra radioekologi projekt som myndigheten har finansierat.

– Det är under de senaste åren ungefär 20 forskningsprojekt som rör radioekologi. Till exempel tittar en forskare vid Uppsala universitet på hur grodor som lever i Tjernobyl påverkas av det radioaktiva ämnet cesium 137 som släpptes ut i samband med olyckan 1986. I studien jämför man med en grupp grodor som lever i ett område som inte drabbats av radioaktivt nedfall. Framförallt studerar de grodornas fysiologi för att undersöka om en relativt låg exponering i Tjernobyl ger någon påverkan jämfört med kontrollgruppen. Ett annat exempel är ett projekt vid Lunds universitet där man undersöker vilka radionuklider som kommer att produceras i den Europeiska spallations anläggningen (ESS) som byggs i Lund. Eftersom det är en spallationsanläggning är de radionuklider som kommer att uppstå där av ett ovanligare slag jämfört med de i till exempel kärnkraftverk. Det handlar om radionuklider från sällsynta jordartsmetaller, till exempel gadolinium 148, lutetium 172 och hafnium 178. Forskarna kommer att studera hur de kan komma att överföras till livsmedel, både i grödor och i boskap. När det gäller vattenmiljöer så finns det förutom i Studsvik studier som tittar på utsläpp av kol-14 från kärnkraftverk i drift och hur de tas upp av blåstång, berättar Anna Maria Blixt Buhr, utredare på beredskapsenheten och forskningshandläggare på Strålsäkerhetsmyndigheten.

Avancerad analys av vattnet mellan sedimentpartiklarna

Åter till Tvären och Studsvik. Sedimentprovtagningen går inte riktigt som Mats Eriksson och hans kollegor har tänkt sig. Vinschen som används för att hissa upp och ner sedimentprovtagaren strejkar och de får dra upp linan för hand.

– Det går inte för att det som ska mata tråden, så den lägger sig jämnt fungerar inte Då blir det hack så att den hoppar en halvmeter ner, så nu får vi köra för hand.

De tar även andra prover av så kallat porvatten, det är vattnet som finns mellan sedimentpartiklarna. Med hjälp av en särskild metod ska de undersöka hur mycket av radionukliderna som sitter på fasta partiklar och hur mycket som är löst i por-vattnet.

– Porvattnet kan vara den transportmekanism som kan få radionukliderna att lämna sedimenten, förutom att det skulle finnas djur som rör upp upp sedimentpartiklar men just här i Tvären är det så djupt, som en krater, och sedimenten ligger snällt och stilla, vi har inga stora bottenströmmar här, säger Mats Eriksson.

Det är forskaren Mercedes Lopez Lora från Spanien som gör sin post-doc på Linköpings universitet som ska analysera porvattnet med en särskild analysmetod, så kallad accelerator mass spektrometri, med den metoden kan man också detektera specifika nuklider i mycket låga koncentrationer.

Väl i land vid bryggan lastas proverna av och ställs i ordning. Håkan Pettersson som är docent vid Linköpings universitet synar sedimentprovrören och visar hur sedimenten har skiktat sig så att man kan se årslagren.

Utsläppshistorik med hjälp av radionuklider

Det finns alltså flera anledningar till varför forskarna vill studera radionukliderna här utanför Studsvik. Doktoranden Per Törnquist går igenom Studsviks arkiv och jämför de utsläppsdata som finns där med det som de hittar i sedimenten. Studien är långt ifrån klar men än så länge stämmer det som Studsvik redovisat genom åren med det som forskarna hittat på havsbotten. Per Törnquist jobbar halvtid som gymnasielärare och doktorerar resten av tiden. Hans intresse för radioekologi tog fart när han inledde ett samarbete med Linköpings universitet och den gymnasieskola han jobbar på i Linköping.

– Det handlade också om sediment fast i en mosse utanför Linköping. Frågeställningen var, går det att hitta spår efter kalla kriget i vår närmiljö? Vi tog hjälp av Håkan Pettersson för att ta prover och analysera sedimentprover från en mosse utanför Malmslätt i Linköping. Även där, liksom på botten i Tvären är det anoxiskt (syrefritt) och det är inte några djur som rör runt i sedimenten. Vi mätte cesium halten i de olika skikten och kunde se att halterna ökade efter de många kärnvapenprovsprängningar som ägde rum 1963. Det är också en jättestor topp när Tjernobylolyckan inträffade. Efter det går aktiviteten kraftig ner. När vi ändå daterat mossen så passade vi på att mäta andra giftiga metaller. Vi mätte cirka 15 giftiga metaller och fick en utsläppshistorik från andra världskriget fram till nu. Bland annat såg vi tydligt att blyhalten gick ner när förbudet mot bly i bensin infördes. Vi såg också att förbränningen av oljeprodukter minskade i samband med oljekrisen på 1970-talet, berättar Per Törnquist.

Radioekologi - ett sårbart forskningsområde

Strålsäkerhetsmyndighetens satsning på den här forskargruppen är alltså ett led i att stödja radioekologisk forskning. Förutom att ny och viktig kunskap tas fram så handlar det också om att se till att det finns, och byggs upp kompetens inom radioekologi i Sverige. Radioekologi hör nämligen till ett av de områden som Strålsäkerhetsmyndigheten har pekat ut som sårbart, helt enkelt för att det på sikt kan komma att saknas kompetens och tillräckligt starka forskargrupper inom området.

- Det är flera utredningar som pekat på att radioekologi är ett sårbart ämnesområde , nu gör Strålsäkerhetsmyndigheten en satsning som jag har förstått ska vara långsiktig, säger Mats Eriksson. Han berättar vidare att deras fokus är den marina miljön men att den terresta delen (miljön på land) är mer eftersatt.

– Det fanns en institution på Sveriges lantbruksuniversitet i Uppsala som bland annat studerade upptag av radionuklider i grödor men den har lagts ner. Tyvärr är det så att när det händer en olycka, som Tjernobyl, så blir det ett uppsving i intresset för ämnet. När åren går och det inte sker någon olycka tycks intresset och möjligheten till finansiering avta. Men det är mycket som vi behöver forska på och få mer kunskap om, inte minst i händelse av en olycka men även för att upprätthålla kompetensen inom radioekologi.

– Har du någon idé om hur man kan locka fler studenter till radioekologin?

– Radioekologerna i Sverige kommer traditionellt sätt från radiofysiken, då har man ett val att antingen gå till sjukvården eller till omgivnings- och strålskyddssidan. Det som är oattraktivt med radioekologi är att det tar långt tid att få fram resultat jämfört med inom sjukvården.
Å andra sidan så får man en otrolig tvärvetenskaplig bredd. Man samarbetar hela tiden med personer i andra discipliner och får en möjlighet att vidga sin syn utanför sitt ämnesområde. Det finns också goda möjligheter till att arbeta utomlands, se olika platser och träffa många olika människor. Jobbet är stimulerande på många sätt, säger Mats Eriksson, biträdande professor vid Linköpings universitet.