Radioactieve mineralen zijn mineralen die een element bevatten dat door verval radioactieve straling uitzendt. Wanneer een atoomkern instabiel is doordat er verschil is tussen het aantal protonen en neutronen kan die kern vervallen om stabiliteit terug te krijgen. Bij dat verval komt energie vrij in de vorm van ioniserende ofwel radioactieve straling. Dit is een natuurlijk proces en vindt continue om ons heen plaats.
Dankzij verschillende nare gebeurtenissen in het verleden met atoombommen en ontploffende kerncentrales is radioactiviteit is waar we over het algemeen van schrikken. We weten allemaal dat die straling niet gezond is en dat je er ziek van wordt als je aan teveel straling wordt blootgesteld. Toch heeft het ook eigenschappen waar dankbaar gebruik van gemaakt wordt in allerlei vormen. De bekendste daarvan zijn wel de röntgenfoto’s en de chemotherapie.
We kennen een aantal soorten radioactieve straling, waarvan deze drie de bekendste zijn:
Alfastraling: Een atoom verliest 2 protonen en 2 neutronen (een helium-4 atoom). Dit zijn relatief ‘grote’ deeltjes die vrij eenvoudig tegengehouden kunnen worden, bijvoorbeeld door een vel papier. Dit is de meest voorkomende vorm van straling. Omdat de deeltjes relatief zwaar zijn, kunnen ze makkelijk tegengehouden worden. Ze zijn wel schadelijk bij inname of inademing.
Bèta straling: Een atoom zendt een elektron (of positron, een antideeltje van een elektron) uit. Kleine deeltjes, maar een dik boek, een muur, aluminium wand, dik plexiglas of voldoende afstand houdt ze nog tegen.
Gammastraling: Dit is elektromagnetische straling, het bestaat uit fotonen. Afhankelijk van de hoeveelheid energie per foton (elektronvolt) is vastgelegd of iets gammastraling is. Onder de gammastraling liggen de röntgenstralen en daaronder ultraviolet licht. Gammastraling is minder ioniserend dan alfastraling, maar het is lastig om je ertegen te beschermen. Het kan wel, bijvoorbeeld door middel van lood, beton of water. Gammastraling dringt diep door en geeft bij langdurige of veelvuldige blootstelling schade aan je lichaam.
Kort gezegd is alfa straling de gevaarlijkste, meest ioniserende straling. Maar dit is tevens de straling die het makkelijkst tegen te houden is.
Een atoom kan niet blijven vervallen. Er komt een moment dat de kern weer stabiel is. De straling raakt dus op een bepaald moment ‘uitgewerkt’. De tijd die een materie nodig heeft om voor de helft te vervallen noemen we de halfwaardetijd of halveringstijd. Dat getal geeft enigszins aan hoelang iets radioactief blijft. Sommige stoffen hebben een erg lange halfwaardetijd, anderen extreem kort.
In bijna ieder mineraal of gesteente zitten wel een paar atomen die instabiel en dus radioactief zijn. Meestal is die hoeveelheid verwaarloosbaar. Deze atomen helpen wel bij bijvoorbeeld de datering van een mineraal, dus bij het bepalen hoe oud het is.
Een bekende dateringsmethode is de uranium – lood methode. Deze meet hoe lang het duurt voordat de instabiele uraniumatomen zijn vervallen tot stabiel lood. de halfwaardetijd van 238U is 4.5 miljard jaar, die van 235U is 713 miljoen jaar.
Een andere bekende methode is de C14 methode waarbij het element koolstof (C) vervalt. Deze methode is echter niet geschikt voor stenen omdat de halfwaardetijd daarvoor te kort is.
De meeste mineralen die als radioactief op papier staan zijn slechts licht radioactief en de straling reikt meestal niet erg ver. Opbergen in een dicht doosje, niet aanzitten en niet te dichtbij zetten is afdoende om geen risico te lopen. Maar dan is het natuurlijk wel handig om te weten welke stoffen radioactief zijn. Niet ieder mineraal met een radioactief element is even radioactief. Van veel elementen kunnen instabiele en dus radioactieve isotopen bestaan.
Er bestaan 37 elementen die geen stabiele isotoop hebben en dus sowieso radioactief zijn. Het merendeel hiervan komt echter zelden of niet natuurlijk voor.
De meeste mineralen die radioactief zijn, zijn dat door de aanwezigheid van uranium en thorium. In chemische formules is dit te herkennen aan de letters U en Th.
Uranium mineralen: o.a. torberniet, uraniet (pekblende), autuniet, cuproklodowskiet, davidiet
Thorium mineralen: o.a. monaziet, thoriet, aeschyniet, yttrialiet
Er is nog een radioactief element dat we in veel uranium houdende mineralen kunnen vinden, namelijk radium. Dit is echter geen element dat we terugvinden in de formule van een mineraal, omdat het ontstaat bij verval en niet het oorspronkelijke element is. Er is slechts één mineraal waarin het wel in de formule zit en dat is radiobariet (radian baryte). Op het element radium komen we later nog even terug.
Ook ‘gewone’ veelvoorkomende stoffen als koolstof en kalium hebben een lichte radioactieve werking is bepaalde isotoopvorm en deze zijn van nature in alle organische materialen aanwezig. Koolstof isotoop 14 (C14) wordt daarom gebruikt om de ouderdom van archeologische vondsten te bepalen. Deze radioactiviteit is echter zo laag dat het ongevaarlijk is.
Radioactieve mineralen in je verzameling
In de meeste algemene gangbare verzamelmineralen zitten geen radioactieve stoffen in hoeveelheden die schadelijk zijn. Maar ga je wat meer specialistische ruwe stukjes verzamelen, dan bestaat de kans dat je toch radioactieve mineralen tegenkomt. Check daarom altijd de chemische formule van een mineraal. Zie je daarin uranium of thorium staan weet je dat je op moet passen. Toch is het ook verstandig om te kijken naar de herkomst van een stuk. Wanneer je stukken verzamelt uit mijnen waar ook uranium of thorium voorkomt is het raadzaam om ook stukken met mineralen die op papier niet radioactief zijn even met een geigerteller na te lopen. Het is lang niet altijd uit te sluiten dat er op een combinatiestuk toch een radioactief mineraal zit.
Ondanks de beperkte straling van de meeste mineralen blijft het oppassen en je moet deze mineralen niet in je woon of slaapkamer bewaren. Sommige geven toch wat meer straling af. Dit is te meten met een geigerteller.
Een ander risico zit in het gas dat zich vormt bij radioactief verval, radongas. Dit hoopt zich op in de doosjes waarin de mineralen zitten. Je moet voorkomen dat je dit inademt. Open doosjes daarom in een geventileerde ruimte en nooit met je gezicht boven het te openen doosje.
Een laatste risico is het binnenkrijgen van minieme kruimels of stof van een radioactief mineraal. Deze kunnen veel schade aanbrengen in je lichaam op de langere termijn.
Het lijkt onnodig om te zeggen, maar draag radioactieve stenen nooit als sieraad. Langdurige blootstelling op de huid is niet goed.
De Nederlandse wetgeving verbiedt bezit van en handel in radioactief materiaal! Wanneer je deze mineralen te koop gaat aanbieden, weet dan dat dit officieel niet mag.
Er zijn overigens ook mineralen die een heel klein beetje uranium bevatten waardoor ze onder UV licht prachtig groen oplichten. Deze zogenaamde sporenelementen zijn ongevaarlijk en hierbij hoef je je geen zorgen te maken over risico’s.
Bewaar radioactieve mineralen bij voorkeur in een dicht doosje en label je specimen duidelijk, zodat ook voor anderen die het in handen krijgen duidelijk is dat het om een radioactief exemplaar gaat. Houd dit soort stukken buiten bereik van kinderen. Mocht je het toch wat ongemakkelijk vinden en het echt veilig willen wegbergen, bekleed dan een kistje met lood en doe de stukken daarin.
Een voorbeeld van een radioactief sieraad is de zogenaamde ‘anti 5G stralingshanger’ die een paar jaar geleden ineens opdook. Hier werd onder meer van gezegd dat het shungiet zou bevatten en de drager zou beschermen tegen schadelijke straling. Helaas bevat de hanger geen shungiet en is het bovendien behoorlijk radioactief. Het RIVM heeft een waarschuwing uitgegeven deze hangers niet te dragen en ze in te leveren. Draag je ze wel is de mate van radioactiviteit zo hoog dat dit op de lange termijn zeker schadelijk kan zijn. We hebben deze hangers gemeten met een geigerteller en ze gaven aanzienlijk meer straling af dan alle radioactieve stenen in mijn collectie.
Datering met radioactieve elementen
Ook ‘gewone’ veelvoorkomende stoffen als koolstof en kalium hebben een lichte radioactieve werking is bepaalde isotoopvorm en deze zijn van nature in alle organische materialen aanwezig. Koolstofisotoop 14 (C14) wordt daarom gebruikt om de ouderdom van archeologische vondsten te bepalen. Koolstof-14 is een instabiele koolstofisotoop die niet zomaar op aarde voorkomt. 14C ontstaat door een reactie van kosmische straling met stikstof. Het komt in onze hele atmosfeer voor en wordt opgenomen door alles wat leeft in ongeveer dezelfde verhouding. Op het moment dat een levend iets sterft begint het verval van koolstof-14. Door het verval te meten kan men achterhalen hoe lang geleden iets dood is gegaan met een maximum van zo’n 57.000 jaar. Deze radioactiviteit is gelukkig zo laag dat het ongevaarlijk is.
Kalium (potassium) is ook een element waar een licht radioactieve isotoop van bestaat, kalium-40 of 40K. Dit is een veel voorkomende isotoop en zit zelfs in ons eten (de beroemde ‘radioactiviteit’ in bananen) en in ons lichaam. Gelukkig zorgt het over het algemeen niet voor problemen en zijn mineralen met kalium in je verzameling geen risico waar het gaat om radioactiviteit. Kalium-40 wordt ook gebruikt bij de datering van gesteentes en mineralen, de kalium-argon dateringsmethode.
Om oudere gesteentes te dateren gebruikt vaak de uranium – lood of uranium – thorium methode. De meest voorkomende uranium isotoop in de natuur is uranium-238. De halfwaardetijd van uranium-238 is iets meer dan 4,4 miljard jaar. Ook hier kijkt men hoeveel uranium er vervallen is en zo kan men dateren hoe oud een mineraal is. Deze dateringsmethode is voor allerlei gesteentes bruikbaar, omdat uranium nagenoeg overal in voorkomt.
Natuurlijke straling
Overal om ons heen is van nature lichte radioactieve straling aanwezig. De belangrijkste bronnen zijn het gesteente onder onze voeten (nou ja… in Nederland ietsje minder dan in andere delen van Europa), zeewater en straling die vanuit de ruimte naar ons toe komt.
Kosmische straling is afkomstig van de zon en uit het heelal. Hier kunnen we weinig tegen doen. Hoe hoger je bevindt, bijvoorbeeld in de bergen of in een vliegtuig, hoe meer van deze straling je opvangt.
Aardse (terrestrische) straling is voornamelijk afkomstig van verval van radioactieve elementen in onze bodem. Het gaat dan met name om uranium, thorium en radium. Het klinkt misschien een beetje beangstigend, maar in alle gesteentes en mineralen zitten deze elementen als hele minieme sporenelementen. Dan gaat het om hele kleine hoeveelheden die uitgedrukt worden in ppm (parts per million). Bij uranium ligt dat gemiddelde op 2,8 ppm, dus van iedere miljoen atomen is 2,8 atoom uranium. Dat valt dan alweer mee hoor ik je nu denken. Maar toch is dat aanzienlijk meer dan bijvoorbeeld goud, waarvan het gemiddelde ligt op 0,005 ppm. En dan is het ook nog zo dat in sommige gesteentes relatief meer uranium zit dan in andere gesteentes. Graniet is zo’n gesteente waar meer dan gemiddeld uranium in voorkomt. En laat zo’n beetje half Europa nu zijn opgebouwd uit graniet. Het uranium in dit graniet vervalt en dat zorgt ervoor dat er radongas (radioactief gas) vrijkomt uit graniet. Geen probleem als je een paar stenen in je collectie hebt of wanneer je in de buitenlucht een wandeling maakt over een granieten heuvel. Maar wanneer je huis op graniet gebouwd is en je er dag in dag uit bovenop woont is het verhaal toch iets anders. Een mineraal dat naast deze ‘zware jongens’ elementen voor veel achtergrondstraling zorgt is kalium-40, de licht radioactieve isotoop van kalium. Over het algemeen zeer licht radioactief, maar in de grote hoeveelheden waarin het voorkomt kan het wel degelijk bijdragen aan natuurlijke achtergrondstraling.
Er zijn een aantal eenheden waarin radioactiviteit gemeten kan worden. Eentje daarvan is becquerel. Het aantal becquerel is het aantal atoomkernen dat per seconde vervalt. Hoe hoger het getal, hoe meer verval en dus straling. Wanneer we praten over radongas hebben we het over becquerel per kubieke meter, bq/M3. Deze eenheid is genoemd naar Henri Becquerel, de ontdekker van radioactiviteit. Dit is de internationaal erkende eenheid voor het meten van radioactiviteit. Een andere eenheid die je vaak tegenkomt bij het meten van radioactiviteit is sievert of milliesievert, dit is een biologische eenheid en gaat over de hoeveelheid straling waaraan een mens in een bepaalde periode is blootgesteld.
In Nederland ligt het achtergrondstralingsniveau erg laag. We zijn een laagliggend land en we hebben weinig plekken met vast gesteente onder de huizen. Toch is ook hier onderzoek gedaan naar de hoeveelheid natuurlijke straling door radongas waaraan we worden blootgesteld. Internationale richtlijnen schrijven voor dat het streven moet zijn om in bewoonde gebieden onder de 300 bq/M3 te blijven, maar het liefst zo laag mogelijk richting de 100 bq. Onder de 100 bq is ongevaarlijk. Ons lichaam is al aangepast op een kleine hoeveelheid straling die er altijd was en zal zijn. De meeste woningen die boven die 100bq uitkomen liggen in Zuid-Limburg en in het rivierengebied (bron RIVM) en zijn slecht geventileerde kleine huizen. Hoeveelheden boven de 200 bq zijn er in Nederland nagenoeg niet. De woningen met een verhoogd stralingsgehalte zijn vrij eenvoudig te beschermen met goede vloerisolatie, ventilatie en dichtmaken van scheuren en kieren bij buizen die uit de grond komen.
In landen om ons heen komen we hele andere aantallen tegen. Wanneer we kijken naar Europa dat zien we hoge concentraties natuurlijke straling in onder meer delen van Frankrijk, Tsjechië, Zuidwest Engeland en Scandinavië. In deze gebieden zijn mensen dus aan aanzienlijk meer straling blootgesteld dan wij hier in Nederland. Zoveel soms dat er in sommige gebieden, zoals Cornwall in Engeland, door de regering geprobeerd wordt hier maatregelen in te nemen en huizen zo te isoleren dat ze beschermen tegen deze straling. In Cornwall is de straling afkomstig van radongas uit graniet, het meest voorkomende gesteente daar in de ondergrond. Langdurige blootstelling aan te hoge concentraties radongas kan het risico op longkanker vergroten.
Tsjechië heeft bijvoorbeeld ook een erg hoge natuurlijke straling. Hier liggen gesteentes en afzettingen met veel uranium, uraniumwinning is in dit land een belangrijke tak van industrie geweest. Eén van de gebieden met de hoogste natuurlijk straling in Europa is Oost-Scandinavië (Zweden en Finland). De geologie van dit gebied is mateloos interessant, maar maakt ook dat er veel radioactiviteit in de bodem aanwezig is.
Nu een praktische vraag… wie heeft er allemaal een granieten aanrechtblad in huis? Je begrijpt nu dus dat deze ook een hele kleine dosis straling afgeeft. Niet gelijk nu je keuken gaan slopen! Gelukkig is er veel onderzoek gedaan naar de risico’s van deze aanrecht en tafelbladen. Er hebben in het verleden wat paniekberichten de media gehaald over hele hoge concentraties radongas in huizen met granieten aanrechtbladen. Uitgebreid onderzoek laat nu zien dat dit heel erg meevalt en eigenlijk ongevaarlijk is. Het enige risico is wanneer je een erg kleine afgesloten ruimte/keuken hebt zonder enige ventilatie met een heel erg groot en dik granieten blad en de deuren wekenlang dichthoudt.
Naast natuurlijke straling worden we ook dagelijks blootgesteld aan straling waar we als mensen zelf verantwoordelijk voor zijn. Deze zijn afkomstig uit onder andere bouwmaterialen, medische behandelingen, kernafval, etc.
Gebruik van radioactieve stoffen in de geschiedenis
Toen radioactiviteit pas ontdekt was werd het niet direct als iets risicovols gezien. Integendeel, men dacht dat het een positief effect kon hebben op onze gezondheid. Vooral het element radium, in 1898 ontdekt door Marie Curie, werd gezien als iets waar we veel baat bij konden hebben. Dus werd het toegevoegd aan allerlei dingen die we dagelijks gebruiken. Er was radiumwater voor radiumbaden en om te drinken, je kon radiumpillen kopen, radiumbrood, radiumchocola, radiumlotion, radiumlippenstift, radiumtandpasta, radiumboter, radiumshampoo, radiumhoudende verjongingsdrankjes, etc. Er was zelfs een condoommerk dat adverteerde met ‘radium’ condooms, maar gelukkig bevatten deze niet echt radioactief materiaal.
Een bekend merk met ‘medicinaal’ radioactief water was Radithor. Het werd aangeprezen onder allerlei misleidende beloftes, de fabrikant noemde het ook wel ‘Eeuwige zonneschijn’. Een beroemde societyfiguur, sportman en advocaat uit begin 20e eeuw, Ebenezer Byers, gebruikte zo veel van dit drankje dat hij overleed aan meerdere tumoren en toen hij meer dan 30 jaar na zijn dood weer werd opgegraven gaf zijn lichaam nog steeds een extreem hoge straling af. Hij dronk op een gegeven moment dat ook drie flesjes per dag! En dat jarenlang.
Omdat het zo handig oplichtte in het donker werd het gebruikt voor de wijzers van klokken, horloges en navigatieapparatuur voor vliegtuigen. Deze radiumverf werd opgeschilderd met hele fijne penseeltjes. Dit werk werd gedaan door jonge vrouwen die, om de puntjes van de penselen scherp te houden, de penselen tussen hun lippen nat maakten en draaiden. Na verloop van tijd kregen ze allerlei ziektes door de radioactieve werking van de verf. Velen werden ernstig ziek en stierven. Deze vrouwen werden bekend als ‘radium girls’. De US Radium Corporation, waar de meisjes voor werkten, nar eerst geen enkele verantwoordelijkheid en wilde niets weten van het feit dat de vrouwen ziek waren geworden door hun werk. Zo werd ze voor de voeten gegooid dat ze ziek waren geworden door syfilis en werd hun naam in door het slijk gehaald. Uiteindelijk kregen ze na lang vechten en procederen een schadevergoeding en kwam hun verhaal naar buiten. Toch heeft het nog tot de jaren ’70 geduurd voordat radiumhoudende verf verboden werd. Daarom is het ook raadzaam om op te passen met oude uurwerken die wijzers en cijfers hebben die in het donker oplichten. De kans is groot dat deze verf radium bevat.
Ook uranium vond zijn weg naar de industrie van gebruiksvoorwerpen. Geliefd was het groengele uraniumglas. Dat is glas waaraan een klein percentage uranium is werd toegevoegd. Onder invloed van UV licht werd dit heel mooi groen. Dit glas is tot in de 20e eeuw geproduceerd en staat hoogstwaarschijnlijk nog in veel servieskasten, antiekwinkels en kringloopwinkels. Het meeste glas is ongevaarlijk omdat er maar heel weinig uranium inzit. Toch is er ook glas bekend met aanzienlijk hogere hoeveelheden uranium.
Tegenwoordig zijn we ons maar al te goed bewust van de risico’s van radioactieve materialen. Toch zijn er een heleboel nuttige dingen waarvoor we het gebruiken. Bekend is natuurlijk het gebruik in de medische wereld bij de behandeling van kanker. En we weten allemaal dat er energie mee opgewerkt kan worden. Het heeft natuurlijk ook een wat minder leuke kant waar we ons in deze onzekere tijden goed van bewust zijn, namelijk kernwapens waarvan we hopen dat ze nooit gebruikt gaan worden.
Puffins and Pies 