A TERMÉSZETES RADIOAKTIVITÁS VIZSGÁLATA A RUDAS-FÜRDŐ TÖRÖKFORRÁSÁBAN Készítette: Freiler Ágnes II. Környezettudomány MSc. szak Témavezetők: Horváth Ákos Atomfizikai Tanszék Erőss Anita Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék
Magyarországi forrásvizek radontartalma Budapesti Hévizek Gellért-hegy forrásai ~600 Bq/l Mátra, Mátraderecske (andezit) kútvíz 125 Bq/l A Soproni-hegység (gneisz) Csalóka forrás 220 Bq/l
Velencei-hegység (gránit) Szűcs-forrás 250 Bq/l Mecsek (homokkő) Cserkút 76 Bq/l
(Erőss A., 2010; Halász I., 1995; Kasztovszky Zs., 1996; Nagy H. É., 2006; Freiler Á., 2008)
A Gellért-hegy fontossága radon szempontjából és a témaválasztás oka Három forráscsoport: • Rác-fürdő • Rudas-fürdő • Gellért-fürdő
A Gellért-hegy forrásainak publikált, mért radontartalma (Palotai et al., 2005)
Vizsgálatok célja Vizsgálatok alapja: Rn-forrás, a forrás alján elhelyezkedő vörös bakteriális kiválás (ferrihidrit és goethit) A víz 226Ra aktivitása 462 mBq/l nem elég (Erőss 2010)
Célok:
0.5 m
Lehet-e további anyag a Rn-forrás? A minták exhalációjának meghatározása Becslést adni a Rn-t kibocsátó anyag lehetséges mennyiségére További vizsgálatok - kiválások anyagvizsgálata
A vizsgált terület bemutatása
Csoport száma
Csoport neve
1.
Vízfelszíni kiválás
VK1
VK2
2.
Vörös, bakteriális kiválás
VBK1
VBK2
3.
Lemezes kiválás
LK1
LK2
4.
Mésziszap
MI
Minta neve VK3
LK3
MI-LK4
Összesen 2 alkalommal 10 db szilárd, és 5 db vízminta
Mérési módszerek I. Radiometriai vizsgálatok
Vízminták radonkoncentrációjának mérése:
Szilárd minták fajlagos rádiumtartalmának meghatározása:
folyadékszcintillációs spektrometriával, (TriCarb1000 típusú spektrométerrel) cRn - fajlagos radonaktivitás (Bq/l)
Gamma spektroszkópiás mérések HPGe detektorral ARa - fajlagos rádiumaktivitás (Bq/kg)
Fajlagos exhaláció mérések: vízbe történő exhaláció (2 méréssorozat) (TriCarb 1000) M - fajlagos exhaláció (db/s)/kg Bq/kg
levegőbe történő exhaláció • RAD7 radon detektorral M - fajlagos exhaláció (db/s)/kg Bq/kg
Mérési módszerek II. Anyagvizsgálati módszerek
Minták fő kristályos fázisainak vizsgálata: • röntgenpordiffrakció (XRD)
Kristályos fázisok nagyfelbontású vizsgálata és vas keresése: • pásztázó elektronmikroszkóp (SEM)
Elemösszetétel meghatározása és vas jelenlétének vizsgálata: • röntgenfluoreszcencia analízis (RFA)
Mintaelőkészítés és a mérés elve Lehetőség
szerint azonos fázis vizsgálata az összes módszerrel
Mérési eredmények I. Rn vízben és exhaláció
Vízminták radonkoncentrációja (4 db minta esetén): 610±22 Bq/l Szilárd minták fajlagos radonexhalációja:
Vízbe (2 méréssorozat alapján), és levegőbe történő exhaláció: Átlag exhaláció (Bq/kg)
Bizonytalans ág (Bq/kg)
Vörös, bakteriális kiválás
531
22
300
Lemezes kiválás
316
18
200
Vízfelszíni kiválás
230
97
Fajlagos exhaláció (Bq/kg)
Vízbe és levegőbe történő fajlagos exhaláció 700
Fajlagos exhaláció levegőbe Fajlagos exhaláció vízbe
600
Csoport neve
500 400
100 0
VBK1 vörös bakteriális kiválás
LK1 lemezes kiválás
LK2 lemezes kiválás
Minta neve
VK1 vízfelszíni kiválás
VK2 vízfelszíni kiválás
A vörös, bakteriális kiválás (VBK1) exhalációja a legmagasabb (20%) ~550 Bq/kg
Mérési eredmények II. Fajlagos aktivitás
A fajlagos aktivitás:
Csoport neve
Fajlagos aktivitás (Bq/kg)
Lemezes kiválás
1185,84
Vízfelszíni kiválás
260,47
Vörös bakteriális kiválás
1283,35
Mésziszap
327,347
Uránra utaló csúcsok nem jelentek meg a spektrumon
A vörös, bakteriális kiválás és a lemezes kiválás aktivitása a legnagyobb, 12001300Bq/kg
Fajlagos aktivitás csoportonként Fajlgagos aktivitás (Bq/kg)
1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
Lemezes kiválás Vízfelszíni kiválás Vörös bakteriális (3 minta) (2 minta) kiválás
Csoport neve
Mésziszap
Egyszerű becslés Rn-forrás mennyiségére
Megbecsülhető, hogy a Rn-t kibocsátó anyag milyen vastagon terül el a medence alján
Feltételezzük, hogy: • minden Rn-t a vörös bakteriális kiválás szolgáltat (legmagasabb exhalációjú) • a víz nem áramlik, így A=E • a víz egyenletes mélységű d=0,5m
a kiválás sűrűsége ρ=3000 kg/m3 (CaCO3 kerekített)
Egyszerű becslés Rn forrás mennyiségére
Mért adatok: • M – radont szolgáltató anyag fajlagos exhalációja (Bq/kg) • c – forrásvíz Rn-tartalma (Bq/l)
Számolt adatok: • • • • • •
MEDENCE
F – medence felülete (m2) V – víz térfogata (m3) A – víz teljes radioaktvitiása (Bq) m – Rn-t szolgáltató anyag tömege (kg) W - Rn-t szolgáltató anyag térfogata (m3) d – radont szolgáltató anyag vastagsága (cm)
A medence felszínét és a víz térfogatát téglatesttel közelítjük
Fmedence = Fmedencefal+Fcső= (ab+2bc+2ac)+2πrm = 41,98 m2 Vvíz= Vvíz-Vcső= 8,5 m3 A = cvízVvíz = E = manyagManyag A = 5,1*106 Bq; m=9270kg ρanyag = m/W W=m/ρ = 3,09 m3 W/F = d = kb. 7 cm
Mérési eredmények III. Kiválások anyagvizsgálata
A mintákat felépítő fő fázisok: Csoport száma és neve
Mintát felépítő fázis 1.
Mintát felépítő fázis 2.
2. Vörös bakteriális kiválás VBK1
Kalcit
Dolomit
3. Lemezes kiválás LK1
Kalcit
Aragonit
3. Lemezes kiválás LK2
Kalcit
Aragonit
3. Lemezes kiválás LK3
Kalcit
Aragonit
1. Vízfelszíni kiválás VK1
Kalcit
-
Megjegyzés: Vörös bakteriális kiválás esetén egy nagy intenzitású csúcsot nem sikerült beazonosítani Egyes esetekben a csúcsok felhasadtak
Mérési eredmények IV.
Minták elemösszetétele röntgenfluoreszcencia analízis alapján: Csoport neve
Meghatározott elemek
Vörös, bakteriális kiválás VBK1
Ca, Fe, Sr, I, Ba, La, Ce
Lemezes kiválás LK1
Ca, Sr, I, Ba
Lemezes kiválás LK2
Ca, Sr, I, Ba
Lemezes kiválás LK3
Ca, Sr, I, Ba
Mésziszap MI
Ca, Sr, I, Ba
Vörös, bakteriális kiválás elemösszetételét tekintve kitűnik a többi minta közül
Mérési eredmények V. Kiválások anyagvizsgálata Pásztázó elektronmikroszkóppal azonosítottuk a kalcitot, az aragonitot és különböző vasvegyületeket is: Ez megalapozza, hogy további alacsonyabb kimutatási határú műszerrel tovább vizsgáljuk a minták vastartalmú fázisait (3 vastartalmú ásvány)
Eredmények diszkussziója I.
A Török-forrás Rn-koncentrációja 610±22 Bq/l, ami valóban magas koncentráció
Gamma-spektroszkópiás mérések szilárd minták rádiumaktivitása, csoportonként különböző érték, a legmagasabb aktivitású a vörös, bakteriális kiválás és lemezes kiválás ~1300 Bq/kg
Exhaláció mérések csoportonként különböző exhaláció, vörös, bakteriális kiválás ~550 Bq/kg, lemezes kiválás 300 Bq/kg
Röntgenpordiffrakciós fázisanalízis a legnagyobb mennyiségben – kalcit, aragonit, egy esetben dolomit, vörös, bakteriális kiválás esetén egy nagy csúcsot nem tudtunk beazonosítani
A diffrakciós csúcsok felhasadtak, oka lehet helyettesítő atom beépülése a kristályrácsba (RFA)
Lehetséges elemeket RFA-val kerestük Sr, Ba, I, vörös, bakteriális kiválás esetén Ce, La, Fe érdemes a vas mennyiségét tovább vizsgálni (alacsonyabb kimutatási határ)
Ezt erősíti a SEM is, a további vasvegyületek azonosítása okán
Összefoglalás
A négy csoportra osztott minták, csoportonként különböző eredmények
Meghatároztuk a minták • fajlagos aktivitását (~1300 Bq/kg) • fajlagos exhalációját vízbe és levegőbe (vörös, bakteriális kiválás ~550Bq/kg)
Megbecsültük, hogy a radont kibocsátó anyagnak milyen vastagságban kell megjelennie, hogy a radontartalmat biztosítani tudja – kb. 7 cm
A lemezes kiválás kisebb mértékben, de Rn-forrásként funkcionál (M=300 Bq/kg)
Anyagvizsgálati módszerekkel megállapítottuk a fő fázisokat és nagyobb felbontásban is vizsgálódtunk (vas)
Köszönetnyilvánítás
Szeretném megköszönni témavezetőimnek, Horváth Ákosnak és Erőss Anitának a szakmai segítséget, amellyel munkámat végigkísérték
Szabó Katának a HPGe-s mérésekben való segítségért
Gubicza Jenőnek és Jenei Péternek az XRD mérésekben nyújtott segítségért
Bendő Zsoltnak a SEM mérésért
Csorba Ottónak az RFA mérésben nyújtott segítségéért
Mádlné Szőnyi Juditnak az értékes tanácsaiért
Köszönöm a figyelmet!
