RADONPOTENCIÁL BECSLÉS MÓDSZEREINEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA VASADON

Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Környezettudományi Centrum

RADONPOTENCIÁL BECSLÉS MÓDSZEREINEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA VASADON SZAKDOLGOZAT

Készítette: VÁRADI ESZTER KÖRNYEZETTAN ALAPSZAKOS HALLGATÓ

Témavezetı: DR. HORVÁTH ÁKOS egyetemi docens ELTE Atomfizikai Tanszék

Budapest 2013.

Tartalomjegyzék 1. Bevezetés ...................................................................................................................... 3 2. A radon környezeti fontossága ..................................................................................... 3 2.1. A természetes radioaktivitás .................................................................................. 3 2.2. A radon elıfordulása a természetben..................................................................... 4 2.2.1. Radon a vizekben............................................................................................ 5 2.2.2. Radon a talajokban.......................................................................................... 5 2.2.3. Radon a levegıben.......................................................................................... 6 3. A radonpotenciál........................................................................................................... 6 3.1. A radon egészségügyi fontossága .......................................................................... 6 3.2. A radonpotenciál fogalma...................................................................................... 7 3.3. Eddigi radonpotenciál vizsgálatok......................................................................... 8 4. A mérési módszerek áttekintése ................................................................................... 9 4.1. Vizek radontartalmának meghatározása ................................................................ 9 4.1.1. A folyadékszcintillációs méréstechnika.......................................................... 9 4.1.2. TriCarb 1000 TR mőködése ........................................................................... 9 4.1.3. Vízben oldott radontartalom meghatározása ................................................ 10 4.2. Talajok radioaktivásának mérése gamma-spektroszkópiával.............................. 10 4.2.1. HPGe detektor............................................................................................... 10 4.2.2. A spektrum kiértékelése................................................................................ 11 4.3. Talajminta radonexhalációjának mérése.............................................................. 12 4.3.1. A mérés menete ............................................................................................ 12 4.3.2. Radonkoncentárció számítása....................................................................... 13 4.4. A talajgáz radontartalmának és permeabilitásának mérése ................................. 14 4.4.1. Talajgáz mintavétel menete .......................................................................... 14 4.4.2. Talaj permeabilitásának mérése.................................................................... 14 4.5. Szobalevegı radontartalmának mérése................................................................ 15 5. Mérési eredmények és kiértékelésük .......................................................................... 16 5.1. Mérési helyszín .................................................................................................... 16 5.2. A vizek radontartalmának térbeli és idıbeli eloszlása......................................... 16 5.2.1. A vizsgált fúrt kutak ..................................................................................... 16 5.2.1.1. RV kút.................................................................................................... 17 5.2.1.2. BV kút.................................................................................................... 17 5.2.1.3. EV kút .................................................................................................... 18 1

5.2.1.4. PV kút .................................................................................................... 18 5.2.2. A fúrt kutak mérési eredményének bemutatása............................................ 18 5.3. A talajminták radioaktivitása és radonexhalációja .............................................. 19 5.3.1. A talajminták elıkészítése ............................................................................ 19 5.3.1.1. R1TG ..................................................................................................... 20 5.3.1.2. R2TG ..................................................................................................... 20 5.3.1.3. B1TG ..................................................................................................... 20 5.3.1.4. B2TG ..................................................................................................... 20 5.3.1.5. E1TG...................................................................................................... 20 5.3.2. A gamma-spektroszkópia eredménye ........................................................... 21 5.3.3. Az exhalációs együttható meghatározása ..................................................... 23 5.4. Beltéri radontartalom eloszlások ......................................................................... 24 5.5. A talajgáz radontartalmának és permeabilitásának eredménye ........................... 25 5.5.1. Talajgáz radontartalma ................................................................................. 25 5.5.2. Permeabilitás................................................................................................. 27 5.6. Radonpotenciál számítása.................................................................................... 27 6. Diszkusszió ................................................................................................................. 28 6.1. A beltéri radontartalom és a talaj radioaktivitása közötti összefüggések ............ 28 6.2. Radonpotenciál meghatározási módszerek összevetése ...................................... 29 7. Összefoglalás .............................................................................................................. 31 8. Köszönetnyilvánítás.................................................................................................... 32 9. Irodalomjegyzék ......................................................................................................... 33 10. Mellékletek ............................................................................................................... 35 1.sz. melléklet: A két fı mintavételezési pont eredményei ........................................ 35 2.sz. melléklet: A vizsgált E1 és R1 fúrt kút csapja ................................................. 35 3. sz. melléklet: A mintavételi pontok elhelyezkedése Vasad területén ..................... 36

2

1. Bevezetés Jelen dolgozat során célkitőzésünk Vasad község területének radioaktivitás szempontjából történı jellemzése. Egy új lakóház építésénél felmerülhet a kérdés, hogy az épülı házban mekkora lesz a kialakuló radonkoncentráció. A kialakuló koncentrációt számtalan környezeti feltétel módosíthatja, így a terület geológiai adottságai is. Dolgozatom célja a geológiai adottságok mennyiségi megfogalmazása, a terület radioaktivitásának

különbözı

módszerekkel

történı

felmérése,

ezek

közötti

összefüggések keresése és a radonpotenciál számítása. Kutatásaink elsı lépése a felszín alatti vizekbıl, fúrt kutakból vett vízminták radontartalmának megállapítása, a talajok radioaktivitásának megállapítása gammaspektroszkópiával, a talajgáz radontartalmának vizsgálata, a talaj radonexhaláció, illetve a szobalevegı radon- és torontartalmának megállapítása. A második lépés, hogy ezekbıl következtessünk többféle módon a radonpotenciál értékére. A vizsgált terület kiválasztásában fontos volt, hogy Vasad területén ilyen jellegő mérést még nem végeztek, illetve nagy szerepet játszott, hogy vasadi lakosként saját és családtagjaim ismeretségi köre sokat segített a mintavételi pontok, kutak, házak elérésében.

Természetesen

az

otthonom

radioaktivitás

szempontjából

történı

vizsgálatának eredményei iránti kíváncsiság is vezérelt a helyszín kiválasztásában. 2. A radon környezeti fontossága 2.1. A természetes radioaktivitás Életünk során folyamatosan radioaktív sugárzásnak vagyunk kitéve, ami származhat természetes és mesterséges forrásból. A Földön található természetes eredető radioaktivitásnak két forrását különböztetjük meg. A természetes sugárzás kozmikus vagy földi eredető lehet. A kozmikus sugárzás a világőrbıl származik, részben a Naprendszerbıl és részben a galaxisunkból érkezik. A földi eredető sugárzás a bolygónk alkotóelemei között található, a Föld életkorával összemérhetı felezési idejő radioaktív anyagokból származik. Természetes úton négy radioaktív család létezhet. Ezek a 4n alakú tömegszámmal jellemzett tórium sor, a 4n+1 típusú neptúnium-sor (a Föld korához képest kicsiny felezési ideje (2.14 millió év) miatt már lebomlott), a 4n+2 tulajdonságú urán-sor és a 4n+3 alakba írható tömegszámú aktínium-sor. A radioaktív családok izotópjai jelen vannak a Föld felszíni kérgében, vulkáni kızetekben és ásványokban.

Összesen a természetes eredető sugárzások emberre gyakorolt 3

dózisegyenértéke átlagosan 2,6 mSv évente. A természetes sugárzások közül a radon és leányelemeinek dózisa a legjelentısebb átlagosan 1,3 mSv/év (KISS Á. – TASNÁDI P. 2012). 2.2. A radon elıfordulása a természetben A radon természetben elıforduló izotópjait a 219

222

Rn (radon), a

220

Rn (toron) és a

Rn (aktínion). A radon nemesgáz, a VIII. fıcsoportban helyezkedik el, 86-os

rendszámmal. A nemesgázok zárt elektronhéjuk miatt nem (vagy kevéssé) képesek kémiailag kötıdni más elemekkel, vegyületekkel. A radon három izotópjának fontosabb tulajdonságait az 1.táblázat mutatja. 1. táblázat. A radon izotópjainak fontosabb tulajdonsága. Név

Izotóp 222

Radon Toron Aktínion

Rn Rn 219 Rn 220

Felezési idı 3.82 nap 55.6 s 4s

Bomlási sor anyaeleme 238 U 232 Th 235 U

Anyaelemének aránya (%) 99,28 100,00 0,72

Az aktínion rövid felezési ideje és az anyaelem kicsiny aránya miatt elhanyagolható a különbözı sugárhatások szempontjából. A leghosszabb felezési idejő radon-izotóp a

222

Rn. Környezetvédelmi és közegészségügyi szempontból elsısorban

ennek a hatása jelentıs. A radon a természetben elıforduló legnehezebb gáz. A

222

Rn

diffúziós úthossza szilárd kızetekben néhány cm-tıl néhányszor tíz méterig változhat. A radonnak vízben való oldékonysága viszonylag nagy, ezért nemcsak a légtérben, talajban, kızetekben, de a vizekben, oldott állapotban is megtalálható (RAD leírás). A radon közvetlenül az 1622 év felezési idejő 226Ra-ból keletkezik alfa-bomlással, majd szintén alfa-részecske kibocsátásával bomlik tovább a

218

Po-ra. Az

238

U bomlási

sora az 1. ábrán látható.

4

1. ábra. Az 238U bomlási sora (forrás: NAI mérésleírás). 2.2.1. Radon a vizekben A felszín alatti vizek aktivitása a talaj és a kızetek urán, vagy tórium tartalmának következménye. A felszíni vizek radioaktivitása általában jóval kisebb, mint a felszín alattiaké, ennek oka, hogy a felszíni vizekbıl hamar kidiffundál a radon. A vizek radioaktivitását elsısorban a víztároló kızet típusa illetve a hidrológiai ciklussal való kapcsolata határozza meg, de befolyásolja a vizek hımérséklete is. A magasabb hımérséklető vizek több ásványi anyagot tudnak kioldani a vizekbıl (ANGYAL ZS. et al. 2012). 2.2.2. Radon a talajokban A talaj teljes aktivitásszintje elsı sorban az urán, a tórium, rádium és a kálium tartalmától függ. Az alapkızet összetétele, mállása, a talajképzıdési folyamat jellege, a környezeti tényezık és meteorológiai paraméterek befolyásolják a talaj természetes radioaktivitását. Laza, homokos talajokban általában kisebb a radioaktív elemek mennyisége, mint a kötött talajokban. A talajok felsı rétegének radontartalma függ az évszaktól és a hımérséklettıl. Télen és ısszel van a talajok radontartalmának a minimuma és nyáron a maximuma.

5

2.2.3. Radon a levegıben A természetes légköri radioaktivitás egyik forrása a földfelszínen és a vizekben lévı rádiumizotópok bomlástermékeként keletkezı radon. A gáz halmazállapotú radon, kiszabadulva a kızetekbıl, a kızetek pórusaiba diffundálva, több nap alatt könnyen a felszínre tud érni. Törésvonalak mentén a diffúziója könnyebb, ott a különféle nyomáskülönbségek okozta áramlások miatt megnıhet a migrációs útja. A keletkezési

helyétıl való eltávolodása függ a kızet porozitásától, a geológiai és meteorológiai jellemzıktıl. (ANGYAL ZS. et al. 2012) 3. A radonpotenciál 3.1. A radon egészségügyi fontossága Mivel az embert érı természetes háttérsugárzás jelentıs részét a radon teszi ki, egészségügyi

szempontból

fontos

lehet

ismernünk

a

környezetünkben

lévı

koncentrációját. Nyílt tereken a radon gyorsan felhígul, eloszlik, veszélyt csak zárt térben (barlangokban, épületekben, lakásokban) jelent a radon bomlásából és bomlástermékeibıl származó sugárterhelés. Az épületek radonkoncentrációja fıként a talajokból származik. Nagyobb részét a nyomáskülönbség által beszívott talajlevegı hozza repedéseken, vezetékeken, csatornákon keresztül illetve kisebb része diffúzióval kerül a légtérbe (HÁMORI K.HORVÁTH F. 2000). A radon épületbe való bejutásának lehetıségeit a 2. ábra mutatja. A pincékben és a lakások padlószintjén, illetve éjjel, zárt ajtóknál győlik össze leginkább a radon. Télen a szellıztetés hiánya és a magasabb belsı hımérséklet miatti áramlások megindulása miatt, nagyobb a radon és leányelemeinek koncentrációja az épületekben.

6

2. ábra. A radon épületekbe való bejutásának lehetıségei (forrás: http://www.nrcan.gc.ca). A lakótérben felgyülemlett radont a levegıvel együtt belélegezzük, de nemesgáz lévén ki is lélegezzük. Problémát csak akkor jelent, ha éppen a tüdıben bomlik le, ezzel alfa-sugárzást közölve a tüdı szöveteivel. Ezzel szemben viszont a radon bomlástermékei szilárd fémionok, amik ütközések útján a levegıben lévı aeroszol részecskékhez hozzátapadnak és belélegezve rátapadnak a tüdı falára. Ez elsısorban a hörgık elágazásaiban történik, ahol a radon bomlástermékei fel tudnak halmozódni. A radon leányelemi szintén alfabomlók. Az alfa-sugárzás hatótávolsága igen kicsi, a tüdıbe bejutva nagy energiát képes közölni a szövettel, ionizálja azt, aminek következtében a kromoszómák mutálódhatnak, vagy a sejtek el is pusztulhatnak. A besugárzott sejt vagy regenerálódik, vagy elpusztul, illetve daganatos sejt képzıdhet belıle. A radon felgyülemlése ellen intenzív szellıztetéssel lehet védekezni. A radon táplálékkal és vízben oldott formában is bekerülhet a szervezetben. A gyógyvizek és ásványvizek kisebb-nagyobb mennyiségben tartalmaznak radon. Kis mennyisében pozitív egészségügyi hatásai is lehetnek. 3.2. A radonpotenciál fogalma Egy adott területen épült ház veszélyeztetettségét mutatja a radonpotenciál. Ez alapján megbecsülhetjük egy lakótérben a várható átlagos radontartalmat. A radonból származó kockázat építkezés elıtti becsléséhez nyújt információt (KEMSKI J. et al.

7

2001). Mértékének megállapításához mérhetjük a radont a talajban, talajgázban, vizekben, belterekben. A radon épületekbe való bejutása függ a talaj permeabilitásától. A talajok és kızetek permeabilitása az egyik fı paraméter az épületek helyének radonkockázati szempontból történı osztályozásában. A radonpotenciál meghatározásához a talajban lévı radonkoncentrációt és a talaj permeabilitását mértük. A talajban mért radonkoncentráció alapján a talajok három csoportba sorolhatók: Magas kockázatú zóna, ahol a talaj radonkoncentrációja nagyobb, mint 50 kBq/m3. Ide sorolhatóak a gazdag urántartalmú altalajjal, illetve a nagy permeabilitású talajjal rendelkezı területek. A közepes kockázatú zónában a talaj radonkoncentrációja 10–50 kBq/m3. Ide az átlagos permeabilitású talajok sorolhatóak. A kis kockázatú zóna talajának radonkoncentrációja kisebb, mint 10 kBq/m3, illetve a talaj kis permeabilitású (ANGYAL ZS. et al. 2012). 3.3. Eddigi radonpotenciál vizsgálatok A radonpotenciál meghatározására több európai országban végeztek már kutatásokat, illetve Magyarországon is folyik a radonpotenciál térképezés. A radonpotenciál besorolási kategóriái az egyes országokban eltérı. Németországi tanulmányok során a talajgáz radon aktivitás-koncentrációja és a vizsgált terület geológiai adottságai alapján határozták meg az adott terület radonpotenciálját, figyelembe véve a házak típusát és az életviteli körülményeket is (KEMSKI J. et al. 2001). A vizsgálatok során megállapították, hogy idısebb paleozoos gránitos területen nagyobb talajgáz radon-aktivitáskoncentráció várható. Az Egyesült Államokban még több változót vizsgáltak, figyelembe vettek felszíni radiometrikus méréseket és légi gamma adatokat is (GUNDERSEN L. C. S. et al. 1992). Csehországban a radonpotenciált három kategóriába osztják (kis, közepes és nagy). Magyarországon is folyik a geológiai radonpotenciál térképezés. Célja a földtani formációk jellemzése a radon szempontjából, illetve geogén radonpotenciál térkép készítése. Eddig Közép-Magyarország egyes részei, Pest-megye, és Nógrád megye nyugati részét térképezték fel, elsı sorban Szabó Katalin Zsuzsanna (ELTE Litoszféra Research Group) munkái nyomán. A mérési pontokat lakott területen vették, 10x10 km háló alapján, cellánként átlagos három méréssel. A térkép szerint kis és közepes kockázatú területek találhatóak Pest-megyében, így az általam vizsgált területen is. Ez 8

azonban nem jelenti azt, hogy nem lehet nagy a beltéri radonkoncentráció a vizsgált területen, hiszen szerepet játszik a radonkoncentráció kialakulásában a talaj permeabilitása és a vizsgált házak szerkezeti sajátossága is (SZABÓ K. Zs. 2009). 4. A mérési módszerek áttekintése 4.1. Vizek radontartalmának meghatározása 4.1.1. A folyadékszcintillációs méréstechnika A felszín alatti vizek érintkeznek a természetes radioaktív izotópokkal, a vizek radioaktivitását általában a felszín alatti kızetek urán- vagy tórium tartalma adja. A nemesgáz szerkezető radon beoldódhat a vizekbe, így vizeink természetes módon radioaktívak lehetnek. A szcintillációs méréstechnika alapját az adja, hogy a radioaktív sugárzás a folyadékon áthaladva gerjeszti annak részecskéit. A szcintillátoron áthaladva a részecskék a gerjesztési energiájukat látható fény kibocsátásával vesztik el. Az egy bomlást követıen pillanatszerően felvillanó fotonok számát fényhozamnak nevezzük. Ha a közeg (detektoranyag) folyadék, akkor folyadék-szcintillációról beszélünk. A szcintillátor anyaga többkomponenső. Méréseim során OptiFluor O koktélt használtam. A folyadék-szcintillációnak nagy elınye, hogy a vízminta jól keveredik a szcintilláló anyaggal, így a mikrométeres hatótávolságú alfa-bomlások is észlelhetıek. A felvillanó fotonok detektálására fotoelektron-sokszorozót használnak, amely a fotonokat elektromos jellé alakítja. Mőködésének lényege, hogy a keletkezett fotonokat egy vékony fémmel bevont üvegablakra irányítják, és a fémbıl foto-effektussal elektront löknek ki. A keletkezett elektronokat néhány 100 V feszültséggel felgyorsítják és egy dinódára fókuszálják, ahol az elektronok becsapódnak és újabb elektronokat löknek ki. Egy becsapódó elektron 3 lassabb, kisebb energiájú elektront lök ki. Ezeket az elektronokat újra felgyorsítják, dinódára vezetik, így már 9 elektron fog kilökıdni, és így tovább, 8-12 dinódát alkalmazva akár egymillió elektront is létrehozhatunk. Az így keletkezett elektronok egy ellenálláson áthaladva áramimpulzust hoznak létre, amit már detektálni lehet. 4.1.2. TriCarb 1000 TR mőködése A minták mérésére TriCarb 1000 típusú folyadékszcintillációs spektrométert használtam. A mőszer két fotoelektron-sokrszorozót tartalmaz. A küvettákba helyezett

9

koktélban keletkezı felvillanásokat számolja a mőszer és meghatározza a percenkénti detektált bomlások számát CPM-ben (Counts Per Minute), a beállított fényhozam tartományban (25 keVee – 900 keVee). A mőszert erre a tartományra kell programozni, hogy a radon alfa-sugárzásának legjobban megfeleljen (6-os protokoll). A mőszer egy számítógéphez, valamint egy nyomtatóhoz van kapcsolva, így a mérési adatokat print formájában rögzíti. 4.1.3. Vízben oldott radontartalom meghatározása A vizek radontartalmának aktiviáskoncentrációját a percenkénti beütésszámból (CPM) tudjuk kiszámolni. Ez nem felel meg a percenkénti bomlásszámnak (DPM), mivel a detektornak lehet 100%-nál kisebb hatásfoka is (TRI mérésleírás). A mérés során felhasználjuk egy korábbi mérés eredményét, ahol ismert aktivitású radonos oldatok CPM-ét határozták meg. Ezen kalibrációs mérés eredménye a kalibrációs görbe, ami a CPM és a minta aktivitását összeköti. Az aktivitás-koncentrációt Bq/l-ben mérjük. A kalibráció eredménye a következı lett: c=

CPM − 12,1 Bq 1,98 l

Az exponenciális bomlástörvény felhasználásával, a mintavétel és a mérés között eltelt idı, illetve a radon bomlási állandójának ismeretében meghatározható a mintavétel idejében a mintát jellemzı aktivitáskoncentráció: c(méréskor) = c(mintavételkor )e − λt , ahol t, a mérés és a mintavétel között eltelt idı. 4.2. Talajok radioaktivásának mérése gamma-spektroszkópiával 4.2.1. HPGe detektor A

talajminták

különbözı

energiájú

sugárzásainak

azonosítását

gamma-

spektroszkópia módszerrel, HPGe detektorral végeztük. A detektor egy nagy tisztaságú germánium félvezetı detektor. Benne a gamma-foton teljes energiája leadódhat fotoeffektussal, egyszeres vagy többszörös Compton–szórással, ill. a párkeltést követı annihilációs folyamatban keletkezett mindkét 511 keV energiájú foton megfogásával. A detektorra nagyfeszültség van kapcsolva (3000-4000 V), hogy az elekton-lyuk párok ne tudjanak rekombinálódni. Szükséges a detektor folyamatos hőtése, amit az alatta található folyékony nitrogén biztosít. A detektor egy rézrúd felsı végére van helyezve,

10

az alsó vége pedig a folyékony nitrogénben van. A berendezést vastag ólomfal veszi körül, hogy a külsı gamma-sugárzás ne juthasson be, a mérésünket ne zavarja. A detektorra ismert tömegő és térfogatú mintát helyeztem, alumíniumkamrában. A detektor jelét egy spektroszkópiai erısítı erısíti fel és formázza meg. Az egyes energiákhoz tartozó beütésszámokat az amplitudóanalizátor számolja össze. Ezek számítógép segítségével digitálisan ábrázolhatóak, így energiaspektrum alakul ki. Az egyes fotonokhoz rendelt elektromos jelek nem pontosan egyformák, a hozzájuk rendelt csatornaszámok kis mértékben eltérhetnek, csúcsok alakulnak ki. Így egy adott energiájú fotonok teljes számának meghatározásakor a keletkezett csúcs területét kell kiszámítani. 4.2.2. A spektrum kiértékelése A mérés után az egyes spektrumok kiértékelését spill.exe programmal végezzük, amely a kalibrációra is alkalmas. A betöltött spektrumon kalibrációt végzünk, két ismert energiájú csúcs, a 40K (1461 keV) és a 232Th (2614 keV) segítségével, így leolvashatóvá válik az egyes csúcsokhoz tartozó energiák. Külön-külön minden spektrum kiértékelhetı, az egyes csúcsok területével együtt. Ezek alapján kiszámítható az aktivitáskoncentráció. A mérési idı minden esetben 24 óra volt, illetve felhasználtunk egy régebben lemért, 72 órás háttért is, aminek alapján a mintától származó tényleges beütésszámokból levonjuk a háttérben azonos energián mért beütésszámokat. A csúcsok területének felhasználásával, kiszámolható az aktivitás: A=

N , ε *η * t

ahol A az aktivitás (Bq/kg), N a nettó csúcsterület, t a mérési idı (24 óra), ε a csatornaarány (relatív intenzítás táblázat alapján) , η a mérés hatásfoka. A

238

U bomlási sorából származó elemeket vizsgáltuk. Az egyes bomlási

folyamatból keletkezett leánymagok valamilyen gerjesztési energiával is rendelkeznek, ezeket gamma-fotonok formájában adja le. Az egyes energiákhoz hozzárendeltük az energiaszintnek megfelelı izotópokat: •

186 keV
226Ra

•

609 keV
214Bi

•

1461 keV
40K

•

2614 keV
232Th (208Tl)

11

A mérésünk célja, hogy kiszámítsuk a 226Ra a 214Bi a 40K és a 232Th koncentrációját. A koncentráció arányos a csúcsterülettel, de figyelembe kell venni a minta energiafüggı önelnyelıdését és a detektor energiafüggı hatásfokát. A minta önárnyékolása függ a minta összetételétıl (átlag-rendszámától), ezért ezt a faktort minden minta esetén újra kell számolni. Ezt a feladatot a Monte-Carlo program végzi. A program figyelembe veszi a minta geometriai viszonyaiból eredı veszteséget. Véletlenszerő helyen és irányban elindít egy adott energiájú gamma-sugárzást, és követi ennek az anyaggal történı kölcsönhatását az adott geometriának megfelelıen, és végigszámolja az elnyelıdés gyakoriságát. A programot Deák Ferenc fejlesztette az Atomfizikai Tanszéken. 4.3. Talajminta radonexhalációjának mérése 4.3.1. A mérés menete A talajminták radonkibocsátásának mértékét radonkamrás módszerrel tudjuk meghatározni. Mérés elıtt fontos, hogy megvárjuk, amíg a szemcsékben lévı rádium és a kamra levegıjében lévı radon között beáll a szekuláris egyensúly. Ennek érdekében a henger alakú randonkamrák (belsı átmérı 7 cm, magasság 7 cm) tetején lévı két csapot a minta behelyezése után lezártuk. Szekuláris egyensúly akkor alakul ki, amikor a leányelemek aktivitása eléri az anyaelem aktivitását, ekkor ugyanannyi radon keletkezik, mint amennyi elbomlik. Jó közelítéssel ez a leányelemek közül a legnagyobb felezési idejő elem felezési idejének ötszöröse, tehát a

222

Rn 3,82 napos

felezési idejének ötszöröse, ami kb. 3 hét. A mintákat RAD7 detektorral mértük le, ami egy hordozható alfa-spektrométer, melyben egy pumpa keringeti a levegıt. A mőszer belsı térfogata 0,7 dm3, egy Si szilárdtest félvezetı detektor található benne, ezzel alakítja át a sugárzás energiáját elektromos jellé. A lezárt kamra két csapját mőanyag csövekkel, illetve egy közbeiktatott páralekötıvel kötöttük össze a detektorral (3. ábra).

12

3.ábra. Radonexhaláció mérés vázlatos képe (REX mérésleírás alapján saját szerkesztés). 4.3.2. Radonkoncentárció számítása A radonkoncentrációt a leányelemei alapján határozzuk meg RAD7 detektorral. A mőszer a 218Po és a 214Po bomlásait detektálja, energiájuk alapján megkülönbözteti ıket és a beütéseiket más-más csatornán detektálja. A mőszert sniff-módban használjuk, amikor a radonkoncentrációt csak a exhalációjának

mérése

elıtt

218

Po beütései alapján állapítja meg. A minták

minden

esetben

háttérmérést

is

végeztünk.

A

radonkamrában felhalmozódott aktivitáskoncentráció a kamra kinyitásával felhígul, a számolásához szükséges a detektortér, a csövek illetve a minták térfogata. A rendszerben található radonatomokat összeszámolva:

 V clev = cm 1 + det  Vnet

 V  − ch det , ahol Vnet 

clev a kamrában lévı radontartalom a mérés elıtt (Bq/m3 cm a mért eredmény ch a mért háttérkoncentráció, a detektorban lévı levegı radontartalma Vdet a detektor térfogata a csövekkel együtt Vnet a kamra nettó térfogata, a minta térfogatának levonása után. Az aktivitás Bq-ben vett értékéhez a kapott eredményt megszorozzuk a kamra nettó térfogatával: A = clevVlev , ahol Vlev a detektor és a kamra nettó térfogata együttesen. Ezután ahhoz, hogy megkapjuk a fajlagos radonexhalációt szükséges a minta kg-ban mért tömegével (m) leosztani: M =

E . m

13

4.4. A talajgáz radontartalmának és permeabilitásának mérése 4.4.1. Talajgáz mintavétel menete A talajgáz radioaktivitásának megállapítása érdekében a talaj pórusaiban lévı levegı radonaktivitás-koncentrációját mértük meg. A méréshez RAD7 detektort használtunk. A mintavételi eszköz egy talajszonda volt, amivel a talajlevegı mőszerbe jutását biztosítottuk (4. ábra). A szonda egy 100 cm hosszú üreges acél csı, melyet a 80 cm mélységig a talajba leütöttünk. Fontos, hogy a szonda a leütés során ne tömıdjön el, mert abban az esetben a mérésünk pontatlan lesz. (ÓVÁRI et al. 2012). A szonda végére egy mőanyag csövet csatlakoztatunk illetve egy páralekötıt, így csatlakoztattuk a detektorhoz. A mérés során a talaj pórusaiban lévı levegı a RAD7 mőszer pumpájának segítségével a detektorba kerül, és így annak radon koncentrációja meghatározható lesz. Esetünkben két helyszínen mértünk radon koncentrációt, mindkét esetben sniffüzemmódban.

4.ábra. Talajlevegı mintavételezéséhez, valamint a radon koncentrációjának méréséhez szükséges berendezés (Készítette Papp Botond (BBTE), szerk.: ANGYAL ZS. et al 2012) 4.4.2. Talaj permeabilitásának mérése A

talaj

permeabilitását

RADON-JOK

készülékkel

mértük.

A

talajgáz

permeabilitása, áteresztı képessége a kızet tulajdonságától függ, elsısorban a pórusok minıségének, méretének és megoszlásának függvénye. Számunkra azért fontos, mert minél nagyobb, annál nagyobb valószínőséggel tud a talajból kidiffundálni a radon, segítségével megbecsülhetı az adott terület radonpotenciálja.

14

A RADON-JOK egy hordozható készülék, mellyel in situ megállapítható a talaj permeabilitása. A készüléket egy csı segítségével csatlakoztattuk az elızıleg 80 cm-re leütıt és 5 cm-re visszahúzott acélcsıhöz. A készülék elve, hogy visszaszívja a talajlevegıt, egy 1 kg-os súly negatív nyomásának segítségével. A visszaszívott levegı egy speciális gumizsákot mozgat. A süllyedési idıt mértük. Az alábbi egyenlet segítségével kiszámolható a permabilitás (RADON-JOK mérésleírás): Q=F*

k

µ

* ∆p , ahol

Q [m2/s] az átáramló levegı sebessége a gumizsákon F [m] alak-(shape-)faktor k [m2] a talajgáz permeabiltása µ [Pa*s] a levegı dinamikus viszkozitása (10°C-on µ=1,75*10-7m3/s) ∆p (kPa) a nyomás különbség (1 súly esetén 2,126 kPa) A shape faktort külön ki kell számolni, függ a szonda keresztmetszetétıl és alakjától: F = 2 * π * L / ln{2 * L[(4 D − L) /(4 D + L)]1 / 2 / d } , ahol d [m] a mért terület átmérıje L [m] a szonda feje és a mért terület közti távolság D [m] a felszín alatti mélység 4.5. Szobalevegı radontartalmának mérése A lakások radon-koncentrációja fıként a talajból származik. A radon kisebb hányada érkezik diffúzióval, a nagyobb hányadot, a radon mintegy felét általában a talajlevegı

hozza

magával

nyílásokon

keresztül,

repedéseken,

csatornákon,

villanyvezeték mentén a nyomáskülönbségek hatására. Nyomdetektoros

módszerrel

megállapítható közvetlenül, a helyszínen a

szobalevegı radontartalma. Ezzel a módszerrel a radonból származó alfa-részecske kerül detektálásra. A mérés során Vasadon 10 ház lakótérében, 2 hónapos szakaszokra kiraktuk a detektort. Ha tartozott a házhoz pince, akkor a pincében, egyéb esetben azokban a helyiségekben mértük a radonkoncentrációt, ahol a lakók az idejük legnagyobb részét töltötték. Minden esetben felakasztva, a faltól 5-15 cm-es távolságba, rögzített helyzetbe raktuk ki a 4 detektort tartalmazó szettet. A 4 detektor közül 2 a körülbelül 1 perc felezési idejő toron átdiffundását is lehetıvé teszi, a másik kettı csak a radonét. A detektor dobozokban az érzékeny anyag a CR-39 típusú szilárdtest

15

nyomdetektor volt. A 4 detektor közül 2 kiértékelését a Pannon Egyetem, Radiokémiai és Radioökológiai Intézetében végezték. Mi ezen eredményeket használtuk fel. A CR-39 egy szerves anyagú, poliallil-diglikol-karbonát nyomdetektor. A nyomdetektorokat besugárzáskor diffúziós kamrában (detektor-doboz) helyezik el. A kamra feladata, hogy a nem kívánt leányelemeket illetve radon izotópokat (220Rn és Rn) távol tartsa a detektoranyagtól. A detektor folyamatosan győjti a radontól és

219

leányelemeitıl származó alfanyomokat. A mérés elve, hogy az alfa-részecskék nyomot hagynak a detektor anyagán, a töltött részecske a detektorban haladva a pályája mentén ionizálja a detektoranyag molekuláit. A nyomokat kémiai maratás segítségével teszik kiértékelhetıvé, mivel egyébként a részecske és a CR-39 detektoranyag kölcsönhatása során kialakuló úgynevezett látens nyom szabad szemmel nem látható. A kémiai maratást szerves anyagú nyomdetektorok esetében NaOH-val szokták végezni. A maratólúg roncsolja a sérült polimerláncokat. A maratást elegendı ideig végezve a nyom már optikai mikroszkóppal is látható. Az egységnyi felületen levı nyomok száma arányos a radonaktivitás-koncentrációval (KOVÁCS S. 2009). 5. Mérési eredmények és kiértékelésük 5.1. Mérési helyszín Vasad község Pest megyében, a Közép-magyarországi régióban található. A Duna-Tisza közi homokhátság északi határán helyezkedik el, a legközelebbi természetvédelmi terület a Csévharaszti borókás (www.vasad.hu). Vasad sík területének nagy részét futóhomok borítja, csak néhány helyen találhatóak magasabb homokhalmok. A futóhomok üledékes kızeteken keletkezik, a szél által osztályozott homokos üledék (STEFANOVICS P. et al 2010). Mivel a talaj meghatározó része a homok frakcióba tartózik nincs olyan alkotó, amely eltömhetné a nagyobb szemcsék közti pórusokat, így a porozitás nagy lesz. A futóhomoknál a szemcsék függetlenek, egymáson elmozdulnak, nincs struktúrájuk (SZALAI Z.-JAKAB G. 2011). 5.2. A vizek radontartalmának térbeli és idıbeli eloszlása 5.2.1. A vizsgált fúrt kutak Vasad területén 4 fúrt kútból háromszor vettem mintát. Minden esetben a kutak csappal voltak ellátva, így a méréshez csak egy fecskendıt használtam. Mérés elıtt 11,5 percet kinyitva hagytam a csapot, hogy friss vizet tudjak mérni. A fecskendıbe 10

16

ml vizet szívtam fel, közvetlen a csapból. A mintát a 10 ml OptiFluor-O-val teli küvettába fecskendeztem, majd gyorsan lezártam, illetve ha lehetısége volt rá parafilmmel körbe is tekertem a küvetta nyakát a kisebb radon veszteség érdekében. A kutak elhelyezkedését az 5. ábra mutatja.

5..ábra. A fúrt kutak elhelyezkedése Vasad területén. Piros- RV kút; Lila-BV kút; KékEV kút; Zöld- PV kút (forrás: https://maps.google.hu alapján saját szerkesztés). 5.2.1.1. RV kút A Rákóczi utca 1. szám alatt található a kút. Mivel nem a mostani tulajdonos (Szüleim) volt az elsı lakó, így csak nagyjából tudjuk, hogy a kút körülbelül 20 méter mély és az 1990-es években fúrták. A kút a hideg évszakban téliesítve van, az év többi idıszakában pedig rendszeres vízkivétel történik belıle. A meleg évszak beálltával átlagosan naponta 200 liter vizet használnak öntözésre illetve állatok itatására. 5.2.1.2. BV kút A kutat 2006-ban fúrták, a Bem utca 80 szám alatt található kertes háznál. A kút körülbelül 17 méter mély, állandó használatban van. Télen is naponta használják az állatok itatására.

17

5.2.1.3. EV kút Kertes családi ház udvarán található, a Szabadság utca 29/a szám alatt (A Rákóczi út 1. szemben lévı szomszédjában). Az EV jelő kút folyamatos használatban van. A házba is a kút vize van bevezetve, így ivó-, fürdı- és öntözıvíznek is ezt a vizet használják. Mélysége 36 méter. A kutat 1974-ben fúrták, a tulajdonos elmondása szerint úgynevezett iszapdöngöléses technikával. 5.2.1.4. PV kút A Kossuth Lajos utca 52. szám alatt található családi ház kertjében van a kút. A kút a hideg évszak beálltával téliesítve szokott lenni, de az év többi részében rendszeres vízkivétel történik belıle. Az állatok itatására, illetve mint öntözıvíz használják a kút vízét. A kutat 15 méteres mélységbe fúrták (mosatták), az 1970-es években. 5.2.2. A fúrt kutak mérési eredményének bemutatása A fúrt kutak radonkoncentráció vizsgálatának eredményei, hibái illetve a koncentrációk átlaga az alábbi, 2. táblázatban láthatóak. A táblázatban látható, hogy nem minden kút esetében hiánytalan az adatsor. Ennek oka az RV kútnál, hogy az adott, mérési napon a kút szivattyúja meghibásodott, így nem tudtunk mérni. A BV jelő kútnál sajnos nem tudtuk elérni a kút tulajdonosát, így februárban nem tudtam mintát venni belıle. 2. táblázat. Fúrt kutakból vett vízminták radonkoncentráció értékei, mérési bizonytalanságai és azok átlaga. RV

2013.02.22

BV

Bq/l

Hiba

10,85

2,18

2013.03.23

Bq/l

EV Hiba

PV

Bq/l

hiba

Bq/l

Hiba

10,68

2,24

2,48

1,63

3,12

1,95

11,90

2,95

11,43

2,91

2013.05.05

13,78

2,08

6,88

1,96

12,20

2,32

11,99

2,04

Átlag

12,31

2,13

5,00

1,95

11,59

2,50

11,71*

2,47

Az eredményekbıl jól látszik, hogy az RV, EV kutaknál a koncentrációk nagyjából azonos értéket adtak. A PV kútnál megfigyelhetı, hogy a februári mérés során a többi eredményhez képest jelentısen alacsonyabb koncentráció értéket kaptunk. Ennek oka az lehet, hogy épp a mérés napján nyitották ki a kutat újra, a téliesítés után. Valószínősíthetı, hogy a szivattyú, még nem mőködött rendesen, nem kapta fel a 18

mélybıl a vizet, és csak a kút alján maradt úgynevezett nyugalmi vízszint mélységébıl tudtunk mérni. A kiugróan alacsony érték miatt ezt a vízmintát nem a felszín alatti vizet reprezentáló mintának azonosítottuk, ezért az átlagba nem számoltuk bele (*). A BV kútnál mindkét mérés esetében a többi kúthoz képest alacsonyabb értéket kaptunk. Ennek oka vagy a víz valósan kisebb radioaktivitása, de elképzelhetı, hogy a mintavételi veszteség jelentıs volt ebben az esetben, a kinyert vízminta még a mélyben a levegıvel érintkezett, a radon kipárolgott. A 6. ábrán látható a 4 mintavételi pontokban mért radonkoncentrációk idıfüggése. Az x tengelyen elsı pontja a 2013. február 1-jei idıpontot jelzi. Koncentráció idıfüggése 16,00 RV BV EV PV

Radonkoncentráció (Bq/l)

14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 15,00

30,00

45,00

60,00

75,00

90,00

Eltelt idı (nap)

6. ábra. Vasadi fúrt kutak mintavételi pontjaiban mért radonkoncentrációk idıfüggése. Az ábrán jól látszik, hogy a PV kút elsı mérési napján mért koncentráció és a BV kút koncentrációja nagymértékben eltér a többi kúttól. Megfigyelhetı, hogy a kutak koncentrációja a napok változásával csak kismértékben növekszik, a koncentrációk idıben majdnem állandóak. Ugyanis a 2. táblázatban bemutatott értékekre igaz, hogy az átlagoktól való átlagos eltérések (empírikus szórás) a mérési bizonytalanságnál kisebbek. 5.3. A talajminták radioaktivitása és radonexhalációja 5.3.1. A talajminták elıkészítése Talajmintát három háznál vettünk, két háznál két különbözı ponton is, így összesen öt mintát készítettünk elı. A mérési helyszíneket a 7.ábra mutatja. A talajmintákat ásóval vettük a talaj felsı rétegében, a takaró növényzet eltávolítása után. 19

Mintavételezés után a mintákat kissé kiszárítottuk, majd radonkamrába helyeztük ıket. Kamrába helyezés elıtt a minták pontos tömegét lemértük. A kamrákba további 6 hétig pihentettük a mintákat, hogy beálljon a szekuláris egyensúly. A kamrákat elıször HPGe detektorral mértük le, hogy beazonosíthassuk a talajmintában lévı különbözı leányelemek aktivitását, majd RAD7 detektorral a kamrákban felhalmozódott radonkoncentrációját mértük le pontosan ugyanannak a mintának. 5.3.1.1. R1TG A talajmintát a Rákóczi utca 1. szám alatt vettük, március 2-án, a talaj 15 cm-es mélységébıl. A talajt nem borította fő, így közvetlen tudtunk mintát venni a mintavételezési zacskóba. 5.3.1.2. R2TG Az R1TG-vel megegyezı helyszínen vettem a mintát, de közvetlen a talaj felszínérıl, alig 5 cm mélységbıl. Azért volt szükség két rétegbıl is mintát venni, mert a talaj felsı rétegét a tulajdonos lefedte fekete termıtalajjal. 5.3.1.3. B1TG A B1TG talajmintát a Bem utca 73-as szám alatt vettük. A helyszín nem egyezik meg a vízminta vétel helyszínével (BV), ennek oka, hogy a 73-as szám alatt lévı kút szivattyúja nem mőködött. A B1TG-t a telken kívül, erdıs részen vettük, 10 cm mélyrıl. 5.3.1.4. B2TG A helyszín a B1TG-vel megegyezı, de a telken belül vettük a mintát, az erdıs résztıl távol. A talajmintát 10 cm-es mélységbıl vettük. A felszínt növényzet borította, így a mintavételezés elıtt azt eltávolítottuk. 5.3.1.5. E1TG A mintát a Szabadság utca 29/a szám alatt vettük, az EV jelő kúttól 2 méterre. A felszínt nem borította növényzet, 10 cm mélységbıl vettük a mintát.

20

7. ábra. Talajminták vételezési pontja Vasad területén. Piros- R1TG, R2TG; SárgaB1TG; Lila- B2TG; Kék- E1TG (forrás: https://maps.google.hu alapján saját szerkesztés). 5.3.2. A gamma-spektroszkópia eredménye A mintákban vizsgáltuk a tartozó, nagy gyakoriságú

214

226

Ra, a

232

Th, a

40

K, illetve a

238

U bomlási sorába

Bi aktivitását. A fajlagos aktivitás és annak abszolút hibája

az 3. táblázatban látható. Az alsó sorban az 5 talajminta kálium, tórium, rádium és bizmut átlagos fajlagos aktivitása látható. Számításaim során a rádium effektív intenzitásának nem a

226

Ra saját értékét a

0,0328 vettem, hanem 0,0591-et. Ennek oka, hogy a 186 keV-es csúcs összetett csúcs. A

235

U és radioaktív sorának legnagyobb relatív gyakoriságú γ-sugárzása szintén 186

keV-nél van. Mivel az aktíniumsor és az uránsor γ-vonalai ugyanolyan energiájúak a radioaktív egyensúly fennállása esetén a kettı aránya meghatározható. A gyakorisága 57,24%, míg a

226

235

U relatív

Ra 3,28% a 186 keV-es csúcson, az izotópok felezési

idejei ismertek, és a hatásfok a két esetre azonos, hiszen azonos energiájúak a fotonok. Így kiszámolható, hogy radioaktív egyensúlyban εeff =0,0591.

21

3. táblázat. A talajminták fajlagos aktivitásai, azok mérési bizonytalansága és az átlaguk.

R1TG R2TG B1TG B2TG E1TG

Kálium Bq/kg Hiba 210,36 5,39 229,67 5,57 182,53 5,22 210,48 5,06 174,46 4,41

Átlag

201,50

5,13

Tórium Bq/kg Hiba 11,22 0,94 9,26 0,84 4,42 0,80 7,42 0,79 7,23 0,66 7,91

0,81

Rádium Bq/kg Hiba 19,78 2,16 22,35 2,08 11,36 2,23 15,07 1,87 9,87 1,65 15,68

2,00

Bizmut Bq/kg Hiba 12,63 0,53 10,77 0,49 8,02 0,50 10,18 0,46 6,58 0,38 9,64

0,47

A kapott értékekbıl látható, hogy a kálium 40-es izotópja minden mintában a többi értékhez képest magas koncentrációban jelen van. Ez nem meglepı, hiszen szinte minden talajmintában kimutatható a radioaktív kálium jelenléte. A fontosabb rádium, és tórium fajlagos aktivitás koncentrációjának eloszlását a 8. ábra mutatja. A rádium és a tórium fajlagos aktivitásának aránya

tórium

rádium

25,00

aktivitás (Bq/kg)

20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 R1TG

R2TG

B1TG

B2TG

E1TG

minta neve

8. ábra. A fajlagos aktivitás aránya a rádium és tórium esetében a különbözı talajmintákban. Az eloszlásból jól látszik, hogy a rádiumtartalom minden esetben magasabb, mint a tóriumtartalom. Az R1TG és az R2TG magasabb rádium értékét okozhatja az, hogy a mintavétel helyszínéül szolgáló kertben a talaj felsı rétege le van fedve a vasadi futóhomoktól eltérı talajjal. A talajok radioaktivitásának ezen szintjei az átlagos fajlagos aktivitások alatt maradnak.

22

5.3.3. Az exhalációs együttható meghatározása A radon talajból való exhalációját a már korábban ismertetett módon, RAD7 detektorral határoztuk meg. A mérések elıtt minden esetben (6x5 perc) háttért is mértünk, hogy biztosítsuk a mérés pontosságát. Végül a mintákat 4x15 percig mértük (R1TG esetén 6x15 percig). A számítások során az elsı 15 percet minden esetben elhagytuk. A fajlagos exhaláció értékeit a 4. táblázatban látni. Továbbá szintén a 4. táblázatban a fajlagos exhaláció (REX) és a fajlagos aktivitás (GAM) alapján meghatároztam a talajra jellemzı exhalációs együtthatót. Az exhalációs együttható (ε) megadja, hogy a 226Ra-ból keletkezı 222Rn hány százaléka tud kijutni a talajmintából a pórustérbe. 4. .táblázat. A talajminták fajlagos exhalációja, fajlagos aktivitása, és exhalációs együtthatója.

R1TG R2TG B1TG B2TG E1TG

Fajalgos exhaláció 7,66 Bq/kg 7,15 Bq/kg 5,05 Bq/kg 0,98 Bq/kg 5,04 Bq/kg

Fajlagos aktivitás 19,78 Bq/kg 22,35 Bq/kg 11,36 Bq/kg 15,07 Bq/kg 9,87 Bq/kg

ε 39% 32% 44% 7% 51%

Jól látható, hogy a B2TG minta exhalációja, illetve az abból adódó exhalációs együtthatója nagyon kicsi, ez adódhat a pontatlan mérésbıl. A 9.ábrán az exhalációs együtthatók arányát ábrázoltam a fajlagos exhaláció és a fajlagos aktivitás mellett. Exhalációs együttható arány

M:fajlagos exhaláció (Bq/kg) Fajlagos aktivitás (Bq/kg) Exhalációs együttható

25,00

aktivitás

20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 R1TG

R2TG

B1TG Minta neve

B2TG

E1TG

9 .ábra. A minták fajlagos rádium aktivitása, a fajlagos exhaláció és az exhalációs együttható aránya.

23

A B1TG esetén a legnagyobb az exhalációs együttható, a talajszemcsékben keletkezı radon 51%-a jut ki a szemcsék közül. 5.4. Beltéri radontartalom eloszlások Méréseim során 10 házba nyomdetektort is tettem. A detektorokat minden esetben a faltól 5 cm távolságba rögzítettem. A szobalevegı toron és radon koncentrációját mértük. Az 5. táblázatban a kapott eredmények láthatóak Bq/m3-ben. Pest-megyében az 5000 fı kevesebb lakosú községeknél 96 Bq/m3 a várható radon koncentráció (TÓTH. 1999). A szettek december közepétıl, illetve január elejétıl március végéig voltak kint, így a téli idıszakról kaptunk képet. Ez azért fontos mert télen a szellıztetés hiánya miatt magasabb a radontartalom. A főtött szoba könnyebb levegıje felemelkedik, a kéményen kiáramló levegı miatt a szobában lecsökken a légnyomás és így több radon fog a talajból beáramlani. 5. táblázat. Vasad megvizsgált házainak radon illetve toron koncentrációi. Radon Toron szett # koncentráció koncentráció [Bq/m3] [Bq/m3]

utca, házsz.

VE1

152

0

Rákóczi utca 1, kisház

VE2

65

133

Rákóczi utca 1, nagy ház nappali

VE3 VE5

93

75

Bem utca, kis ház

217

9

Szabadság utca.

VE6

126

52

Szabadság utca, üzlet

VE7

171

15

Szabadság utca, pince

VE8

223

0

Szabadság utca, kisház

VE10

196

0

Petıfi út, pince

VE11

200

59

Szabadság utca eleje nappali

VE12

216

0

Kossuth Lajos utca, nappali

24

A VE8-as házat mintegy raktárnak használják a telken lakók, alig szoktak bejárni. Jól látszik, hogy a zárt házban mennyivel magasabb a radon koncentráció. Kiemelkedik még a VE12-es ház a magas radon koncentrációval, ennek oka fıként a szellıztetés hiánya lehet. A télen is gyakran szellıztetett VE2-es és VE3-as háznál a radon koncentráció jóval alacsonyabb, mint a többi esetben. Mivel a mérés nem egész éves ezért

nem

tudjuk

összehasonlítani

az

éves

radonszintekre

meghatározott

határértékekkel, de egy szellızetlen szobának átlag 100 Bq/m3 a radon koncentrációja, a hazai lakásokban pedig 58 Bq/m3 (HÁMORI K et al., 2006a). A toron koncentráció a legtöbb esetben 0, vagy nagyon alacsony. Kiemelkedik viszont a VE2-es ház, ami 2009-ben épült, így valószínőleg az építıanyagból származtatható a magas toron koncentráció. 5.5. A talajgáz radontartalmának és permeabilitásának eredménye 5.5.1. Talajgáz radontartalma Két helyszínen megmértük a talaj pórusaiban lévı radon tartamát. Elsı esetben a Rákóczi utca 1 kertjében a kerti asztal alatt mértünk 2x48 órát a koncentrációt (R1TR). A radon koncentráció átlaga: 1506,48±108,26 Bq/m3. A 10. ábrán a koncentráció napi változását lehet látni. Ezután a Szabadság utca 29/a szám alatt mértünk 2x10 percet a veteményes kert mellett (E1TR), az eredmény 2220±370 Bq/m3 lett. Mivel a VE2 jelő háznál a szobalevegı toron tartalma magas volt, ezért megvizsgáltuk, hogy a talaj pórusaiban milyen a toron tartalom. A toron kalibrációjához Tóth Balázs 2007-es sukorói talajminták alapján számolt toron kalibrációját használtuk: Toron _ kalibráció = 4,4043 * Bcsat .beütés − 15,4 A radon és a toron koncentrációk hányadosát a 10. ábrán láthatjuk. A zöld résszel jelölt görbét úgy vettük, hogy az elsı 24 órában még nem állt be az egyensúly. A görbére illesztett trendvonal is mutatja, hogy a koncentrációk majdnem konstansak voltak.

25

koncentrációk aránya

A koncentrációk arányának napi ingadozása 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

24

48

72

96

120

144

eltelt órák

10 ábra. A toron illetve a radon koncentrációjának hányadosa, az eltelt napok függvényében a Rákóczi utca 1-ben. A 11 ábrán a toron és a radon koncentrációjának egymáshoz való viszonyát látjuk. Az a tény, hogy a toron koncentráció jóval alacsonyabb, mint a radon koncentráció, megerısíti azt a feltételezést, miszerint a VE2 jelő háznál a magasabb toron koncentrációt az építıanyag okozza. Toron Radon

Toron, radon napi ingadozása 2500

3

koncentráció (Bq/m )

2000

1500

1000

500

0 0

24

48

72

96

120

144

eltelt órák

11. ábra. A toron és a radon koncentráció napi ingadozása, jelezve a radon hibasávja.

26

5.5.2. Permeabilitás A permabilitást a 3. fejezetben ismert módszer szerint számoltam. A 6. táblázat mutatja a számolásnál használt adatokat. Két ponton mértem meg a permeabilitást. A pontok megegyeznek az R1TR és az E1TR mérési pontokkal. A talajgáz radontartalmnak mérése után a szondát nem húztuk ki, hanem 5 cm-es visszahúzás mellett közvetlenül megmértük a permeabilitást. Az R1TR pont permeabilitását k1-gyel, az E1TR pont permeabilitását k2-vel jelöljük. 6. táblázat. A permeabilitás számításához szükséges adatok. Talaj permabilitása F (m) 0,155093 A (m2) 0,0247 s (m) 0,0775 µ (Pa*s) 1,75E-05 ∆p (Pa) 2160 t (s)1 10,89 t(s) 2 10,58 2 9,18E-12 k1 (m ) 2 9,45E-12 k2 (m ) 2 9,32E-12 Átlag (m ) A permeabilitás értékeit nagyságuk szerint, a mérési adatok eloszlása alapján, korábbi kutatások beszámolói 3 kategóriába osztották (KEMSKI J., 2001, NEZNAL M., 2004): •

Magas permeabilitás

k>4,0*10-12 m2

•

Közepes permabilitás

4,0*10-12 m2> k >4,0*10-13 m2

•

Alacsony permabilitás

k<4,0*10-13 m2

Tehát a két helyszínen a permeabilitás magas. 5.6. Radonpotenciál számítása A radonpotenciált a permabilitás és a talaj pórusaiban lévı radon koncentráció alapján tudjuk számolni, az alábbi képlettel:

GRP =

c∞ , ahol − log10 k − 10

k a talaj permabilitása, c ∞ a talajgáz radonkoncentrációja (NEZNAL M. 2004).

27

7. táblázat. A számításhoz szükséges adatok és a kiszámított értékek. Rákóczi utca 1 K (m2) c (kBq/m3) GRP

Szabadság utca 29/a

9,2E-12 1,51 1,46

9,4E-12 2,22 2,17

A geológiai radonpotenciált is kategoriákba osztjuk Matej és Marton Neznal munkái nyomán: •

Kicsi

GRP<10

•

Közepes

10
•

Nagy

GRP>35 nagy

Eszerint Vasadon a két vizsgált háznál a radonpotenciál értéke kicsi (7. táblázat). Vagyis kicsi a veszély arra nézve, hogy az emberek D1 átlagos dózisnál többet kapnak, és tüdırákosak lesznek. 6. Diszkusszió Vasad községben 10 háznál mértünk 2 hónapos téli beltéri radontartalom értékeket. Ezeket egy-egy házra átlagolva a következı 5 átlagot kapjuk: 108 Bq/m3 (R1), 93 Bq/m3 (B1), 187 Bq/m3 (E1), 196 Bq/m3, 216 Bq/m3. Ezen átlagok átlaga 160 Bq/m3. A tíz házból kettı esetén mértük meg a talaj-radontartalmat és a permeabilitást, így ezeknél tudtunk folytonos (nem csak kategóriákat megadó) radonpotenciál változót meghatározni. Ezek GRP = 1,5 (R1) és 2,2 (E1). 6.1. A beltéri radontartalom és a talaj radioaktivitása közötti összefüggések A beltéri radontartalom elsı sorban a talaj radonkibocsátó képességétıl függ, ami többek között a talajgáz radontartalmát határozza meg. Ha egy olyan mennyiséggel próbálunk becsülni, ami laboratóriumban mérhetı csak, és helyszíni mintavételezésen alapul, akkor a legközvetlenebb paraméter a fajlagos radonexhaláció. Ezt három ház esetén 20%-os bizonytalanság mellett határoztuk meg a kerti felszínközeli talajokból. A kapott eredmények a következık: R1: 7,3 Bq/kg, E1: 5,0 Bq/kg, B1: 5,0 Bq/kg. A kapott értékek különbségei nagyjából a mérési bizonytalansággal egyeznek meg. Ez alapján a terület átlagos radonexhalációját 5,8±1,2 Bq/kg-nak lehet becsülni. Ehhez képest a házak téli beltéri radontartalma között van egy kb. 2-es faktor

28

különbség. Ez a szellıztetési szokásokkal és házak eltérı építési idejével, így építési technológiaival magyarázhatók. Az R1 ház modernebb jóval (2009-ben épült) az E1 háznál (1970-ben épült), a szigetelések is modernebbek, és az amortizáció is kevésbé tette áteresztıvé a felszín alatti részeket. Az E1 ház esetében az is fontos szempont lehet, hogy a pincében van egy kazán elhelyezve, ami jó hatásfokkal indítja be télen a meleg levegı feláramlását, ezzel a talaj radontartalmát beszívja a beltéri légtérbe. Ez a megoldás az R1 és B1 házakban nincs alkalmazva. A B1 ház különleges eset, mert vályogház 1940-bıl. Az azonos exhaláció melletti különbözı beltéri radonszintet az építési technológiával magyarázzuk. A talaj radioaktivitását jellemzı a beltéri radontartalommal összefüggı paraméter a kutak vizének radontartalma. Az exhalációhoz hasonlóan az R1-E1 házak kútjainak radontartalma is hibán belül megegyezett. A B1 ház melletti kút radonszintje kisebbnek adódott, melynek okát adatainkból nem tudjuk meghatározni. 8. táblázat. A talaj radioaktivitását jellemzı paraméterek és a beltéri radonkoncentrációk összehasonlítása. Talaj fajlagos exhaláció (Bq/kg) 5,0 E1 5,0 B1 7,3 R1 átl 6,1

Kútvíz átlagos radontartalma (Bq/l) 12 5 12 12

Talajgáz Beltéri radonradontartalom koncentráció (max) (kBq/l) (tél) (Bq/m3) 2,2 187 93 2,0 108 2,1 147

GRP (relatív egység) 2,1 1,5 1,8

Ugyan nem végezhetünk az egész településre érvényes átlagolást, de a két ház esetében, ahol a legtöbb paramétert problémamentesen meg tudtuk mérni, a megfelelı értékeket átlagolhatjuk. Ezek alapján ezen homokos talajon a kútvizek radontartama 12 Bq/l értékéhez 2,1 kBq/l felszín közeli talajgáz radontartalom tartozik, ami kb. a 6-od része a víz aktivitáskoncentrációjának, pedig ugyanabból a talajból veszi fel a radont. A különbség a mélységben rejlik. Ezekhez az értékekhez átlagosan 147 Bq/m3 téli radonszint tartozik a belterekben. Ez az éves átlagra becsülve az országos átlag alatt marad. Mindezek alapján az alacsony radonpotenciál kategória érvényes a területre. 6.2. Radonpotenciál meghatározási módszerek összevetése A radonpotenciál kiszámítása mellett a talajgáz radontartalmát megbecsülı módszereket is elvégeztem. Ehhez az alábbi képletet használtam: c pot =

M *ρ , p

29

ahol M a talajmintákra kiszámolt fajlagos exhaláció, ρ a talajminták sőrősége, p pedig a porozítás, amit egységesen homokos talajra vett átlagként 0,3-nak vettünk, mérési lehetıség hiányában. Sőrőségként a radonkamrákban mért sőrőséggel számoltunk annak ellenére, hogy nem bolygatatlan talajmintákat vettünk. Ez a sőrőséget alulról becsüli, és a talajban közvetlenül az igazi sőrőség értéke ennél valamivel nagyobb. Az így kapott értékeket összevetettem a kútvizek radonkoncentrációjával illetve a talajlevegı (80 cm mélyen mért) radonkoncentrációjával (9. táblázat). 9. táblázat. Talajradon becslı módszerek összevetése a kapott értékekkel. cpot (Bq/l) 27 12 20

R1 B1 E1

Vizek Talajlevegı radonkoncentrációja radonkoncentrációja (Bq/l) (kBq/m3) 12 1,5 5 12 2,2

A kapott értékekbıl látható, hogy a talajlevegı fajlagos exhalációjából számolt becslés szerint a vizek radontartalmának a mért érték nagyjából kétszeresének kellene lennie. A talajlevegı radonkoncentrációjának pedig a tízszerese. Az eltérések oka lehet, hogy a talajok sőrősége függ a mélységtıl, míg a vízmintákat az átlagosan 20 méter mély kútból vettük, a talajlevegı radonkoncentrációját 80 cm-en mértük, addig a talajlevegı fajlagos exhalációját a felszínen mértük. A futóhomok porozitása és permeabilitása igen nagy, így a radon könnyen kidiffundálhat a talajunkból, még ekkora mélységben is. 80 cm-en nem veszi fel a nagy mélységekben mérhetı értéket a talajgáz radontartalma.

A

vizek

nem

veszik

fel

a

becsült

lehetséges

maximális

radonkoncentráció értéket, de egy kb. 2-es faktoron belül jó becslést adtunk erre a paraméterre.

30

7. Összefoglalás Szakdolgozatom céljaként Vasad területének radioaktivitás szempontjából történı felmérését és jellemzését tőztem ki. Méréseim során fúrt kutak felszín alatti vizeinek radonkoncentrációját,

a

talajok

radioaktivitását,

a

talajgáz

radontartalmának

vizsgálatatát, a talaj radonexhalációját, illetve a szobalevegı radon- és torontartalmát vizsgáltam illetve a kapott értékekbıl többféle módon következtettem a radonpontenciál értékére. Mintavételeim során 10 házban mértem a szobalevegı radontartalmát, 5 talajmintát radioaktivitás illetve radonexhaláció szempontjából vizsgáltam és 4 kút vizének radonkoncentrációját állapítottam meg 3 alkalommal 2013. február 22 – május 5. között. A tíz házból kettınél, a Rákóczi utca 1. szám alatt és a szomszédságában lévı Szabadság utca 29/a ház esetén minden felmerülı szempontból vizsgáltunk, így a talajradontartalmát és a permeabilitását is mértük. Ezek alapján tudtunk folytonos radonpotenciál változót meghatározni. Ezek értékei (elfogadott relatív egységben) 1,5 (R1) és 2,2 (E1) így a két házat a kis radonpotenciálú kategóriába soroltuk. Az R1 ház esetén a talaj torontartalmát és a beltéri téli toronkoncentrációt is meghatároztuk. A talaj tóriumtartalmával összefüggı paraméterek a radon megfelelı értékei alatt maradtak, de a beltérben relatívan mégis a torontartalom adódott magasabbnak. Ez a ház építıanyagának tóriumtartalmára és a toronexhaláció fontosságára irányítja a figyelmet. Három háznál meghatároztuk a talaj radonkibocsátó képességét is. Ezek alapján a terület átlagos radonexhalációját 5,8±1,2 Bq/kg-nak becsültük. A településen vizsgált 10 házban az átlagos téli radonszint 147 Bq/m3, a kútvizek radontartama 12 Bq/l. Ezek szintén az országos átlag alatt vannak. Összességében elmondható Vasad radioaktivitásáról, hogy nem jelent terhet a lakosságra. Minden mért paraméter alapján az alacsony radonpotenciál kategória érvényes a vizsgált területre.

31

8. Köszönetnyilvánítás Szeretném megköszönni témavezetımnek, Horváth Ákosnak, hogy odaadó munkájával, szakértelmével, tapasztalati tanácsaival segítette munkámat. Köszönettel tartozom Freiler Ágnesnek a sok tanácsért a mérésekben és a kiértékelésben nyújtott önzetlen segítségéért. Köszönöm a mintavételi helyszíneket biztosító vasadi lakosoknak, hogy mindig szívesen fogadtak, lehetıséget adtak, hogy otthonukban mérhessek. Köszönet Szabó Katának a permeabilitás számolásában nyújtott elméleti segítségéért. Továbbá köszönöm Csordás Anitának és Dr. Kovács Tibornak a Pannon Egyetem Radiokémiai és Radioökológiai intézetébıl, hogy a szobalevegı radontartalmának méréséhez nyomdetektort biztosítottak, a kapott eredményeket megadták. Köszönetet szeretnék mondani egész családomnak, Anyának, Apának, Anettnak és Orsinak türelmükért, és mert mindig volt valaki, aki elkísért és segített a mintavételkor. Külön köszönet Anettnak állandó és töretlen lelkesítéséért. Köszönöm mindazon barátoknak, akik bármilyen mértékben és formában segítették a munkám sikeres elvégzését.

32

9. Irodalomjegyzék •

ANGYAL ZS. (szerk) - BALLABÁS G.- DR. BARTHOLY J.- DR. DARABOS G.- DR. GÁBRIS GY.- KARDOS L.- DR. KOVÁCS B.- MÁDLNÉ DR. SZİNYI J- DR. MÁRIALIGETI K.- DR. MÉSZÁROS R.- DR. MINDSZENTY A.- DR. PAPP B.- DR. PAPP S.- DR. ROMSICS CS.- DR. SZABÓ M.- DR. SZÉKELY B.- DR. TÖRÖK J.ZSEMLE F. 2012: Környezettudományi terepgyakorlat. - Typotex Kiadó, Budapest. pp 140-150.

•

ELTE TTK, Atomfizikai Tanszék - Sugárzások Fizikája Laboratóriumi Gyakorlat, REX, GAM mérés leírás, http://atomfizika.elte.hu/akos/orak/sflab/

•

Equipment for in situ permeability measurments RADON-JOK mérésleírás, http://www.radon-vos.cz

•

GUNDERSON, L. C. S.- RANDALL SCHUMANN R.- OTTON J.K.- DUBIEL R. F.OWEN D.E.-DICKINSON K. A. 1992: Geology of the United States, Geological Society of america, Special Paper 271

•

HÁMORI K.- HORVÁTH F. 2000: Természetes radioaktivitás mérése a Mórágyi Rögön fekvõ településeken. - VII. Országos Környezettudományi Diákkonferencia, Debrecen.

•

HÁMORI K., TÓTH, E., LOSONCI, A., MINDA, M. 2006: Some remarks on the indoor radon distribution in a country. Applied Radiation and Isotopes, pp. 64, 859–863.

•

KEMSKI J.- SIEHL A.- STEGEMANN R.- VALDIVIA-MANCHEGO M. 2001: Mapping the geogenic radon potential in Germany. The Science of the Total Environment, pp. 272, 217–230.

•

KISS Á. – Tasnádi P. 2012: Környezetfizika. – Typotex Kiadó, Budapest. pp. 3233, 109.

•

KOVÁCS S., 2009: Radon mérés a Szekszárdi lösz-pincékben szakdolgozata.– PE Radiokémiai és Radioökológiai Intézet.

•

NEZNAL M.- NEZNAL M.- MATOLIN M.- BARNET I.- MIKSOVA J. 2004: The new method for assessing the radon risk of building sites. pp.19., http://www.radonvos.cz/pdf/metodika.pdf

•

ÓVÁRI M. (szerk) – TATÁR E. (szerk).- FARKAS J.- HAHN I. – MÁRIALIGETI K.ÓVÁRI M.- ROMSICS CS.- SZABÓ CS.- SZALAI Z.- SZÖVÉNYI G.- TATÁR E.- TÓTH

33

M.- TÖRÖK J.K. 2012: Környezeti mintavételezés. - Typotex Kiadó, Budapest. pp 41-42. •

STEFANOVICS P.- FILEP GY.- FÜLEKY GY. 2010: Talajtan. – Mezıgazda Kiadó, Budapest. pp. 36-37.

•

SZABÓ K. ZS., 2009: Talajminták radioaktivitásának vizsgálata Pest megyében szakdolgozata.- ELTE TTK

•

SZALAI Z.-JAKAB G., 2011: Bevezetés a talajtanba környezettanosoknak. Typotex Kiadó, Budapest. pp. 49.

•

TÓTH E., 1999: Radon a magyar falvakban. - Fizikai szemle 1994/2, http://wwwold.kfki.hu/fszemle/archivum/fsz9902/radon.html

•

www.vasad.hu (utolsó letöltés: 2013.05.12)

•

https://maps.google.hu/ (utolsó letöltés: 2013.05.11)

•

http://www.nrcan.gc.ca (utolsó letöltés: 2013.05.12)

•

http://atomfizika.elte.hu/akos/orak/kmod/ml/tri.htm (utolsó letöltés: 2013.04.18)

•

http://atomfizika.elte.hu/kornyfizlab/ml/rad.html (utolsó letöltés: 2013.04.15)

•

http://pavogy.web.elte.hu/Kornyez/NAI/NAI.html (utolsó letöltés: 2013.04.15)

34

10. Mellékletek 1.sz. melléklet: A két fı mintavételezési pont eredményei Rákóczi utca 1. 3

lakáslevegı (Bq/m )

Radon Toron

víz (átlag, Bq/l) talajminta (Bq/kg) CK CRa CTh CBi Exhaláció Exhalációs együttható Talajgáz (átlag, Bq) Cpot GRP

Szabadság utca 29/a

152 0 12,31±2,13

65 133

126 171 52 15 11,59±2,50

R1TG

R2TG

E1TG

12,63± 5,39 10,77± 5,57 19,78± 2,16 22,35± 2,08 11,22± 0,94 9,26± 0,84 12,63± 0,53 10,77± 0,49 7,66±1,72 7,15±5,57 0,39 0,32 1506,49±108,26

27,08

26,20

6,58± 4,41 9,87± 1,65 7,23± 0,66 6,58± 0,38 5,04± 2,78 0,55 2220±370

19,84

1,45

2,17

2.sz. melléklet: A vizsgált E1 és R1 fúrt kút csapja

35

3. sz. melléklet: A mintavételi pontok elhelyezkedése Vasad területén

Piros: E1, R1 beltér radon, vízradon, talajlevegı radont tartalma, talaj radioaktivitása – Zöld: beltéri radontartalom – Kék: víz radontartalom – Sárga: talaj radioaktivitásának mérése (forrás: https://maps.google.hu alapján saját szerkesztés)

36