Radon-koncentráció relatív meghatározása Készítette: Papp Ildikó
PANNONPALATINUS regisztrációs code PR/B10PI0221T0010NF101
Elméleti bevezetés
A radon a 238U bomlási sorának tagja, a periódusos rendszer 86. eleme. A legnehezebb nemesgáz. Izotópjai: a 222Rn, 220Rn (toron), a 233Th, a 219Rn (aktinon) ez utóbbi három pedig a 235 U bomlási sorának terméke. Az alábbi ábrákon jól látható, hogy a természetes eredető sugárterhelés igen nagy hányadát (mintegy 55%) az építıanyagok sugárzása adja.
Ennek oka, hogy a szén kiégetésekor az urán nem ég ki, ezért a visszamaradó salak különösen sok radont tud emittálni. A szabad levegın mért radon aktivitás-koncentráció mérsékelt égövi világátlaga 5 Bq/m3, a lakóhelyiségekben mért radon-koncentráció világátlaga 50 Bq/m3.
1
Élettani hatásait tekintve a radon bomlástermékei fontosak, mivel ezek nem nemesgázok a levegı aeroszoljaira tapadnak, majd a tüdıbe kerülve bomlásuk során jelentıs károkat okoznak. Jól szemlélteti ezt, hogy a tüdı testszöveti súlytényezıje a második legnagyobb: ( testszöveti súlytényezı: Az effektív dózis számításánál az egyes szervek vagy testszövetek egyenérték dózisának szorzótényezıi (wT), amelyek a sugárvédelem céljainak megfelelıen figyelembe veszik a különbözı szervek vagy testszövetek eltérı érzékenységét a sztochasztikus hatások kiváltásában.)
Testszövet vagy szerv
Testszöveti súlytényezı, wT
Ivarmirigyek
0,20
Csontvelı (vörös), vastagbél, tüdı, gyomor
0,12
Hólyag, emlı, máj, nyelıcsı, pajzsmirigy
0,05
Bır, csont felszín
0,01
Maradék
0,05
Mivel a bomlástermékek a légköri aeroszolokon tapadnak meg, így annál több bomlástermék jut szervezetünkbe minél több por és füst van a helységben. Ha az aeroszol megtapad a tüdı falán a tüdı belsı felületét borító sejteket közvetlen dózist kapnak. Mivel mind az alfa, mind a béta sugárzás áthatolóképessége kisebb, mintsem, hogy átjuthatna a tüdı szövetein, így energiájukat a tüdı szöveteinek adják le. Az Oxfordi Egyetem kutatásai szerint a zárt terekben felhalmozódó radon felelıs a tüdırákos esetek 9%-áért és az összes rákos megbetegedés 2%áért.
2
A mérés elıkészítése, menete Elsı lépésként összegyőjtjük a méréshez használt eszközöket, melyek: I. porszívó:
II. gézlapok:
III. Geiger-Müller számláló:
A mérés elıkészítésének elsı lépéseként ki kell kísérleteznünk az ideális gézlapszámot a porszívónkra.
3
Ez a következı adatok felvételét jelenti: Gézrétegek száma
Átlagos beütésszám/perc
2
28
3
33
4
40
5
37
6
31
Látható, hogy két hatás érvényesül itt egyszerre: • minél több réteget teszünk a porszívóra, annál több aeroszolt tud megkötni az átszívott levegıbıl • a sok gézréteg lefojtja a szívásteljesítményt, csökkenti az idıegység alatt átszívott levegı mennyiségét Így esetünkben az optimális gézréteg szám 4. Ezután a porszívóval körülbelül 4 felezési ideig győjtjük a levegı aeroszoljait. • Itt szeretnék kitérni a felezési idıre. Jelen jegyzıkönyvbıl kiderül, hogy 40 perc körüli felezési idıket mérhetünk. Ennek oka, hogy Geiger-Müller számlálónk β-érzékeny, így mi az ólom, és a bizmut bomlását érzékelhetjük. Miután az ólom bomlása után bizmut keletkezik, ennek bomlását újra megmérhetjük. Matematikailag: Levezethetı, hogy: − λ ⋅ t λ1 − λ ⋅ t λ − 2λ2 + a 0 ⋅ e 2 ⋅ a(t ) = a 0 ⋅ e 1 ⋅ 1 − − λ λ λ λ 1 1 2 2 A fenti exponenciálisokat Taylor-sorba fejtve, és csak a t-ben lineáris tagokat megtartva: λ − 2λ2 λ1 a(t ) ≈ a0 (1 − λ1t ) 1 + a 0 (1 − λ2 t ) . λ1 − λ2 λ1 − λ2 Tehát: λ a (t ) ≈ 2a 0 1 − 1 t . 2 −
λ1
t Mivel ez az a (t ) ≈ 2a 0 ⋅ e 2 függvény Taylor-sorának kezdete a függvény úgy indul, mintha dupla felezési ideje lenne, mint a kiindulási izotópnak. Azért kell 4 felezési ideig mérnünk, hogy a gézlapokon beálljon az egyensúly; ez azt jelenti, hogy az idıegység alatt megkötött új radioaktív atommagok száma egyenlı lesz a már felhalmozott radioaktív anyagokból idıegység alatt elbomló atommagok számával. 4
Mért eredmények Emeleti szoba:
T1/2=21,25 ± 17,31 perc Pince:
T1/2= 52,86 ± 19,29 perc
Látható, hogy a kezdeti aktivitás a pincehelységben sokkal magasabb. Ennek oka, hogy a radon sőrőbb, mint a levegı, így alacsonyabban fekvı helységben magasabb koncentráció mérhetı. 5
Szilikát-tégla épület:
T1/2=43,35 ± 11,76 perc Szilikát épület:
T1/2= 33,02 ± 19,71 perc Itt felfigyelhetünk az építıanyagok okozta eltérésekre. A tiszta szilikát épületben kisebb kezdeti átlagos beütésszámot tapasztalhatunk, mint a szilikát-tégla épületben.
6
CERN:
Sajnos a CERN-ben végzett mérésünk nem adta vissza hibahatáron belül a 40 perc körüli felezési idıt. Valószínőleg a hibát a CERN szellızırendszere okozhatta, amit semmilyen módon nem tudtunk „kiiktatni”. Tehát az elvégzett mérésekbıl látható, hogy a radon-koncentráció miként függ a magasságtól, illetve az építıanyagoktól. A dolgozatot készítette: Papp Ildikó (Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem III.éves. mérnök fizikus hallgatója. 7
