Assessments of Radiological Risks in the Buildings and Surroundings of Federal University Wukari (FUW) Campus, Taraba State, Nigeria

Technische Samenvatting: Beoordelingen van Radiologische Risico's in de Gebouwen en de Omgeving van de Federal University Wukari (FUW) Campus, Taraba State, Nigeria

Probleemstelling
De studie behandelt een kritiek kennishiaat met betrekking tot de blootstelling aan terrestrische gammastraling binnen de Federal University Wukari (FUW) campus, een faciliteit die ongeveer 30.000 medewerkers en studenten huisvest. Hoewel eerdere studies in Taraba State, Nigeria, regio's hebben geïdentificeerd met verhoogde terrestrische gammadosis-snelheden — met name nabij uraniumafzettingen en mijnbouwlocaties — was er nog geen systematische beoordeling uitgevoerd specifiek binnen de gebouwde omgeving van de universiteit. Gezien het feit dat Taraba State wordt gelinkt aan een hoge incidentie van kankergevallen en dat de lokale geologie (Bima-zandsteen en continentale gritten) natuurlijke radioactieve materialen bevat, zochten de auteurs naar een methode om de radiologische condities van de campus te bepalen. De studie beoogde de binnen- en buitenactiviteitsconcentraties van primordiale radionucliden ($^{40}\text{K}$, $^{238}\text{U}$ en $^{232}\text{Th}$) te evalueren, bijbehorende radiologische hazard-parameters te berekenen en statistisch te testen of de hypothese dat er geen significante relatie bestaat tussen radionuclide-activiteitsconcentraties en radiologische risico's, standhoudt.

Methodologie
De beoordeling werd uitgevoerd over de 200 hectare tellende FUW-campus, waarbij academische gebouwen, personeelswoningen, laboratoria en open velden werden gedekt.

• Instrumentatie: Metingen werden uitgevoerd met een draagbare NaI(Tl)/BGO gamma-survey meter (Compact Gamma Surveyor door GF Instruments, 2016) en een Garmin GPS voor geolocatie.
• Meetprotocol: In-situ metingen werden zowel binnen (in collegezalen, kantoren en hostels) als buiten (open velden, bermen) genomen. De detector werd op 1 meter boven de grond geplaatst. Vijf metingen werden op elke locatie gedurende 5 minuten uitgevoerd om statistische betrouwbaarheid te garanderen, waarna de gemiddelden werden berekend.
• Dataconversie: Ruwe concentraties werden omgezet naar activiteitseenheden ($\text{Bq/kg}$) met behulp van IAEA-conversiefactoren.
• Risico-evaluatie: De studie berekende verschillende radiologische parameters:
  • Radium Equivalent Activity ($R_{eq}$): Om de uniformiteit van gamma-dosissnelheden te beoordelen.
  • Hazard Index (HI): Om het risico van gammastraling te evalueren ten opzichte van veiligheidslimieten.
  • Absorbed Dose Rate (ADR): Gemeten in $\text{nGy/h}$.
  • Annual Effective Dose (AED): Geschat met behulp van bezettingsfactoren (0,8 voor binnen, 0,2 voor buiten) en conversiecoëfficiënten.
  • Excess Lifetime Cancer Risk (ELCR): Berekend met een risicofactor van 0,05 en een gemiddelde levensduur van 55 jaar.
• Statistische Analyse: Pearson correlatiecoëfficiënten werden gebruikt om de relatie tussen radionuclide-activiteiten en radiologische parameters te analyseren. Vergelijkende analyses werden ook uitgevoerd op basis van de verdiepingshoogte van gebouwen (begane grond versus bovenverdiepingen) en de kwaliteit van de ventilatie.

Belangrijkste Resultaten

• Activiteitsconcentraties:
  • Binnen: De gemiddelde concentraties waren $785,3 \pm 30,7 \text{ Bq/kg}$ voor $^{40}\text{K}$, $44,5 \pm 2,1 \text{ Bq/kg}$ voor $^{238}\text{U}$ en $37,2 \pm 1,9 \text{ Bq/kg}$ voor $^{232}\text{Th}$.
  • Buiten: De gemiddelde concentraties waren $561,1 \pm 30,4 \text{ Bq/kg}$ voor $^{40}\text{K}$, $35,7 \pm 1,5 \text{ Bq/kg}$ voor $^{238}\text{U}$ en $31,1 \pm 1,4 \text{ Bq/kg}$ voor $^{232}\text{Th}$.
  • Vergelijking: De binnenwaarden voor $^{40}\text{K}$ en $^{238}\text{U}$ overschreden de wereldwijde gemiddelden, terwijl de $^{232}\text{Th}$-waarden onder de wereldwijde gemiddelden lagen.
• Radiologische Parameters:
  • Radium Equivalent ($R_{eq}$): De gemiddelde binnen- en buitenwaarden waren respectievelijk $158,2 \pm 6,4 \text{ Bq/kg}$ en $123,3 \pm 4,5 \text{ Bq/kg}$, beide ruim onder de veiligheidslimiet van $370 \text{ Bq/kg}$.
  • Absorbed Dose Rate (ADR): De gemiddelde binnen ADR was $76,4 \pm 3,1 \text{ nGy/h}$, en buiten was dit $59,3 \pm 2,1 \text{ nGy/h}$. De binnen-buitenverhouding was 1,3.
  • Hazard Index (HI): De gemiddelde binnen HI was 0,5 en buiten was 0,3, wat wijst op een laag risico aangezien beide onder de eenheid drempelwaarde liggen.
  • Annual Effective Dose (AED): De gemiddelde binnen AED was $0,37 \pm 0,02 \text{ mSv/j}$, en buiten was dit $0,07 \pm 0,00 \text{ mSv/j}$. De totale campus AED ($0,45 \text{ mSv/j}$) ligt onder de Nigeriaanse publieke dosislimiet ($1,0 \text{ mSv/j}$) en het wereldwijde gemiddelde ($0,52 \text{ mSv/j}$).
  • Excess Lifetime Cancer Risk (ELCR): De gemiddelde totale ELCR was $1,23 \pm 0,05 \text{ mSv}$. Hoewel dit de USEPA-drempel van $0,106 \text{ mSv}$ overschrijdt, blijft het onder het wereldwijde gemiddelde van $1,45 \text{ mSv}$.
• Beïnvloedende Factoren:
  • Verdieping: De bovenverdiepingen vertoonden ongeveer 33–35% lagere activiteitsconcentraties en radiologische parameters vergeleken met de begane grond.
  • Ventilatie: Gebouwen met slechte ventilatie vertoonden aanzienlijk hogere radiologische parameters (tot 48% hogere ADR) vergeleken met goed geventileerde structuren.
• Statistische Correlaties: Er werd een sterke positieve correlatie ($p=0,01$) gevonden tussen de binnen radionuclide-activiteiten en alle radiologische hazard-parameters. Buiten vertoonde $^{40}\text{K}$ een sterke correlatie, terwijl $^{238}\text{U}$ en $^{232}\text{Th}$ gematigde correlaties vertoonden.

Betekenis en Claims
De auteurs stellen dat de studie de eerste baseline-database biedt voor terrestrische stralingsblootstelling bij FUW, wat dient als een cruciaal referentiepunt voor wetgevers, instanties voor milieugezondheid en het universiteitsbestuur.

• Veiligheidsbeoordeling: De studie concludeert dat de huidige radiologische condities "verwaarloosbare" directe gezondheidsrisico's vormen voor de universiteitsgemeenschap, aangezien de hazard-indices en dosissnelheden over het algemeen binnen de internationale en nationale veiligheidslimieten vallen.
• Lange-termijn implicaties: Hoewel de directe risico's laag zijn, merken de auteurs op dat de ELCR-waarden de USEPA-drempel overschrijden, wat wijst op een potentieel voor stochastische gezondheidseffecten (kanker) bij langdurige blootstelling.
• Praktische Aanbevelingen: Op basis van de gegevens bevelen de auteurs aan dat toekomstige bouw op de campus prioriteit geeft aan bovenverdiepingen en uitstekende ventilatie. Zij beweren dat deze maatregelen de radiologische gevaren met ongeveer 33% (via verdiepingshoogte) en 48% (via ventilatie) kunnen verminderen, wat de accumulatie van radioactieve gassen en dochterproducten aanzienlijk kan beperken.
• Toekomstig Werk: Het artikel roept expliciet op tot verder onderzoek om de radiologische risico's in de waterbronnen op de campus en de omliggende steden te beoordelen, om zo een vollediger radiologisch profiel voor de regio te bieden.

De studie verwerpt de nulhypothese en bevestigt een significante statistische relatie tussen de activiteiten van primordiale radionucliden en de bijbehorende radiologische risico's binnen de campusomgeving.