Szakdolgozat
Felszín alatti vizek természetes radioaktivitásának vizsgálata a Dél-Dunántúlon
Témavezetı: Horváth Ákos adj. ELTE Atomfizikai Tsz. Készítette: Horváth Ferenc V. évf. fizika tanár - német szaktanár szakos hallgató 1999
Tartalom
1. Bevezetés.................................................................................. 1.1. Radon a környezetünkben............................................................. 1.1.1. Radon a levegıben............................................................ 1.1.2. Radon a vízben................................................................. 1.2. A mérés motivációja.....................................................................
2. A mérési módszer..................................................................... 2.1. Folyadékszcintillációs méréstechnika........................................... 2.1.1. Alapelvek.......................................................................... 2.1.2. A szcintilláló folyadék komponensei .............................. 2.1.3. Elektromos impulzusok amplitudóspektruma.................. 2.1.4. Kioltás (quenching).......................................................... 2.2. A TRI CARB 1000A mérımőszer leírása.................................... 2.3. A mintavételekrıl..........................................................................
3. A levegı radontartalmának meghatározása.............................. 3.1. Az ATMOS 10 mérımőszer.......................................................... 3.2. A MARKUS 10 mérımőszer.........................................................
4. A mérési területekrıl, a mérési sorozatokról............................ 4.1. A mérési területekrıl...................................................................... 4.2. A mérési sorozatokról....................................................................
5. A mérések kiértékelése............................................................. 5.1. Kalibráció...................................................................................... 5.2. Kiértékelı program........................................................................
6. A mérési eredmények és diszkusszió.......................................
4 4 7 9 9 13 13 13 14 16 17 18 20 21 21 22 23 23 26 31 31 32 35 35 35 37 40 40
6.1. Tab és környéke............................................................................ 6.1.1. Tab és környéke: Elsı és második sorozat....................... 6.1.2. Tab és környéke: Harmadik sorozat................................. 6.2. Véménd-Szebény-Feked körzet..................................................... 6.2.1. Az elsı sorozat, a területi eloszlás.................................... 6.2.2. A második sorozat, a radon-koncentráció 1 napos változása ..................................................................................................... 42 6.2.3. A harmadik sorozat, vízhálózat-rendszer csúcsidı-dinamikája ..................................................................................................... 45 6.2.4. A negyedik sorozat, a fekedi átemelı-medence levegıjének és vizének vizsgálata I. .................................................................... 47 6.2.5. Az ötödik sorozat, a fekedi átemelı-medence vízének vizsgálata ..................................................................................... 49 6.2.6. A fekedi kút aktivitásának évszakos vizsgálata................. 51
2
6.3. Laboratóriumi mérések................................................................... 52 6.3.1. A radonkipárolgás mérése.................................................. 52 6.3.2. A radonkipárolgás mérése nyugvó és forgó vízbıl............ 54
7. A víztározó szimulációs programja........................................... 58 8. Összefoglalás............................................................................. 60 9. Mellékletek.................................................................................. 62
3
1. Bevezetés
1.1 Radon a környezetünkben
A kollektív sugárvédelem egyik fontos feladata a levegı fajlagos aktivitásának meghatározása. A levegı radioaktivitásának forrásai
egyrészrıl
bomlástermékeik
a
természetes
jelenléte,
radioaktív
másrészrıl
emberi
izotópok
és
tevékenység
(atomerımővek mőködése, izotópok felhasználása, nukleáris baleset, atomfegyver kísérletek, szénerımővek salakanyagai) révén a légkörbe jutott radioaktív anyagok. A
sugárzó
izotópok
nagyrészt
a
levegı
portartalmára
abszorbeálódva szennyezik a levegıt. A légkörben leggyakrabban elıforduló sugárzó atommagok: 3H, 14C,
85
Kr, 131I, Rn és Th, valamint
leányelemeik. A radon nemesgáz, a rádium leányeleme. A radioaktív bomlási sorok közül a
238
U és a
232
Th sorozathoz tartozik a természetben
megtalálható két leghosszabb élettartamú Rn izotóp, a 3,82 napos felezési idejő 222Rn és a 55,6 sec-os 220Rn. Tóriumból ugyan több van a földkéregben, de a diffúzióhoz idı kell, ezért azt mondhatjuk, hogy körülbelül - átlagosan - százszor annyi radon van a levegıben, mint toron. (Marx György: Atommag - közelben) Az urán, a rádium, ill. a tórium átlagos elıfordulása a földkéregben 2, 2-3, ill. 8 ppm. Ezek az értékek nagy szórást mutatnak. Gránitban, palában a legmagasabbak az értékek, míg mészkıben, homokkıben 2-3-szor is alacsonyabbak lehetnek.
4
A radon, atommagja keletkezésének pillanatában a talajban kb. 100 keV visszalökési energiát kap, ami elegendı ahhoz, hogy a kızetmátrix
kristályszemcséibıl
kijusson,
majd
a
pórusokon
átdiffundálva végül is szabaddá váljon. Az út, amit a Rn meg tud tenni, elsısorban a kızet porozitásától, a geológiai jellemzıktıl és a meteorológiai tényezıktıl függ. Így szerepe van pl. a talajvíznek, a nedvességtartalomnak, a hımérsékletnek, a nyomáskülönbségnek. A talaj minısége is erısen befolyásolja a Rn mozgását; például homokos talajban majdnem zavartalan; nedves, agyagos talajban erısen gátolt a mozgása. A diffúziós úthossz szilárd testekben
222
Rn-
ra néhány cm-tıl néhány méterig; 220Rn esetében csak néhányszor 10 cm-ig terjedhet. Minden talaj, építıanyag és általában a talajvíz is tartalmaz radont. Napjainkban a Földön megpróbálják a magas radioaktivitású helyeket feltérképezni, a magas radioaktivitás okait megmagyarázni. Ez a téma Magyarországon is nagyon népszerő, s jelenleg is folyik lakáslevegı-radon mérés. Hazánkban elıször Mátraderecskén mértek magas radontartalmú levegıt. A lakások radon-koncentrációja a mérsékelt égövben fıként a talajból származik. A radon kisebb hányada érkezik diffúzióval (15%), a nagyobb hányadot (45%) általában nyomáskülönbség által szívott levegı hozza magával a nyílásokon keresztül (repedéseken, csatornákon, villanyvezeték mellett). Az építıanyagból kidiffundálva mintegy 20%, a külsı levegıbıl bediffundálva 17%, a vízbıl 2%, a konyhai gázból 1% (1.ábra) radon származik.
5
1. ábra: A lakásokban lévı radon eredete.
Az 1. táblázat az átlagos radon-koncentráció mutatja a környezetünkben. (Marx György: Atommag-közelben) A levegı aktivitása helytıl és idıjárástól is függ.
mérési helyek
levegı aktivitás Bq/m3
külsı levegı a toron járuléka a világátlagban lakások a trópusokon huzatos szoba a lakások világátlaga felére csökkent légcirkuláció szellızetlen szoba magyar falusi földszintes lakás pince radondús lakás radondús pince radondús bánya
1.táblázat
6
8 3 20 30 40 80 100 130 250 1000 10000 30000
1.1.1. Radon a levegıben A levegıbe jutó Rn-t exhalációnak nevezik, amit Bq/m3/óra-ban adnak meg. A külsı levegıben a radon koncentrációja a hımérséklettıl, évszaktól és egyéb meteorológiai tényezıktıl függıen 2-20 Bq/m3. A házakba a radon a talajból, a vízrendszerbıl és az építıanyagokból
kerül
be.
Egy
adott
lakóhelyiség
radon-
koncentrációját a talaj és az építıanyagok Rn exhalációja mellett a légcsere mértéke határozza meg. Régebben a házaknál az óránkénti egyszeres
légcsere
volt
normálisnak
tekinthetı,
napjaink
energiatakarékos építkezése mellett ez az érték csak 0,3-szeres légcserét biztosít. Azonos exhaláció értéket feltételezve ez a körülmény a lakásszobák Rn-koncentrációjának emelkedéséhez vezet. Miért kell fokozott figyelemmel kísérnünk a radontartalmú szobalevegık hatását? A választ a radon sugárbiológiai hatásában, ill. újszerő megítélésében kell keresnünk. Erre az uránbányában dolgozók esetében megfigyelt magasabb tüdırák-elıfordulás hívta fel a figyelmet. A Rn sugárbiológiai hatását régebben azért becsülték alá, mert nem vették tekintetbe, hogy az nem egész testre fejti ki a hatását, hanem specifikusan a tüdıben adja le a teljes energiáját.
7
3,8235 nap 222
3,05 perc 218
Rn
Po
5,49 MeV,α
6,00 MeV,α
19,9 perc 214
26,8 perc 214
214
Pb
63µs 124
Bi
22év 210
Po
1505 keV 17%, β 1540 keV 17%, β 3270 keV 17 %, β
Bi
672 keV, β 48 % 728 keV, β 42,5 %
Pb
7,68 MeV, α
16 keV,β 63 keV, β
1. melléklet
Ennek megértéséhez meg kell vizsgálnunk a Rn bomlását és leányelemeinek viselkedését. (1. melléklet) A 222Rn (T˝ = 3,82 nap; Eα = 5,49 MeV) leányelemei rendre: 218Po (T˝ = 3,11 perc; Eα = 6 MeV), 214
Pb (T˝ = 26,8 perc; Eβ max = 0,67 MeV), 214Bi (T˝ = 19,9 perc; Eβ max
= 3,3 MeV),
214
Po (T˝ = 1,6 10
–5
s ; Eα
max
= 7,6 MeV). A radon
bomlási termékeit nem szükséges tovább figyelembe venni, mert a 210
Pb felezési ideje 22,3 év, így ennek következtében ebben a
megközelítésben stabilnak tekinthetı. A beszívott radongázt magát, nagy részben ki is lélegzi az ember, egy kisebb rész vízben történı oldódása révén a véráramba kerül és eljut a különbözı szervekhez. A radon leányelemei viszont nagy kémiai affinitással rendelkezı nehéz fémek, így nagy valószínőséggel kötıdnek a levegı nem ülepedı mikroszemcséihez, az aeroszolokhoz. Ezeket belélegezve, a tüdın tapadnak a hörgık hámsejtjein,
ahol
6-8
MeV-es
α-sugárzásuk
révén
helyileg
sejtroncsolást okozhatnak, s a DNS sérüléséhez vezethetnek. Feltételezhetı, hogy elsıdlegesen ezen jelenségek felelısek a tumor kialakulásáért a tüdıben.
8
1.1.2. Radon a vízben
Radontartalma és ebbıl származó fajlagos radioaktivitása a víznek is van. A radon jól oldódik vízben - annak ellenére, hogy apoláros - ,mert könnyen deformálható az elektronfelhıje. Azon a területen, ahol a talajban nagyobb az urántartalom, ott valószínőleg talajtípustól függıen - van radontartalma a rétegvizeknek is. Ha keményebb a talaj - mondjuk gránit -, akkor sokáig tudja tárolni a radont, nem engedi kidiffundálni a levegıbe olyan gyorsan, ezáltal a talajvizekbe több kerülhet. Ha a talaj szerkezete lazább - mondjuk homokos vagy löszös -, akkor a talaj nem tudja tárolni a radont, sokkal több jut ki a szabad levegıre. Növelheti a felszín alatti rétegvizek természetes radioaktivitását a területen található kıolajfolt is. A kıolajfolt szélén radonkiáramlás lehetséges. A rétegvizek közül a mélyebben elhelyezkedıknek van nagyobb radontartalma, így a mélyebbre fúrt kutak aktivitása lehet nagyobb. Az Amerikai Egyesült Államokban az ivóvizek fajlagos aktivitására javasolt egészségügyi határérték 11 Bq/l, Európában 100 Bq/l. A csapvíz általában 0,1-2 Bq/l-es aktivitású. Fıleg azokat a vizeket érdemes vizsgálni, amelyeket sok ember használ.
1.2. A mérés motivációja Szakdolgozatom célja két Magyarországon található terület felszín
alatti
rétegvizeinek
természetes
radioaktivitásának
meghatározása, és területei eloszlásának felmérése. Dél-Dunántúl (1. térkép) két területén vettünk vízmintákat: Tab és környékén (2.
9
térkép),
ill.
Véménd-Szebény-Feked
(3.
térkép)
települések
körzetében. Ez utóbbi körzetben a vizsgálódásainkat mindig a RADLauder-Laboratóriummal együttmőködésben végeztük. A két körzet különbözı okok miatt került a mérendı települések körébe. A tabi területen
keresztülmegy
a
Balatoni-törésvonal,
ami
mentén
megnövekedhet a radon-kiáramlás. A Mecsek környéki terület egyrészt a Mecsekben található urán miatt fontos, másrészt a Véménd-Szebény-Feked-i térségben mélyfúrású kutak látják el a lakosságot és az üzemeket vízzel.
10
1. térkép: Dél-Dunántúl
11
2. térkép: Tab és környéke
12
3. térkép: Véménd-Feked-Szebény
2. A mérési módszer 2.1. Folyadékszcintillációs méréstechnika
2.1.1. Alapelvek
A folyadékszcintillációs detektálási módszer lényege, hogy egyes anyagokban radioaktív sugárzás hatására fényfelvillanás lép fel, vagyis a radioaktív sugárzás energiája bizonyos hatásfokkal
13
fényenergiává alakul át. A látható fénykibocsátást nevezzük szcintillációnak. A szcintillátor és a radioaktív sugárzás kölcsönhatásának mechanizmusa két lépésre bontható: - A belépı radioaktív sugárzás energiát ad át a szcintillátornak, amelynek során az oldószer molekulái gerjesztett állapotba kerülnek. - A szcintillátorban a gerjesztett állapotban lévı molekulák foton kibocsátásával (szcintillációval) ismét alapállapotba mennek át.
A
szcintillátorok - halmazállapotukat tekintve - lehetnek szilárdak vagy folyékonyak. A folyadékszcintillációs módszer igen jelentıs az αsugárzó és a lágy β-sugárzó izotópok mérésénél, ahol a sugárzás hatótávolsága kicsi. Itt a radioaktív sugárzó anyag elkeveredik a szcintillátorral, ezért a kis hatótávolságú sugarak is okoznak felvillanásokat. Emellett
további
elıny, hogy a
szcintillátor
„körbeveszi” a radioaktív anyagot, ezért a detektálás térszöge 4π.
2.1.2. A szcintilláló folyadék komponensei és funkcióik
A folyadékszcintillációs keverék (koktél) három komponensbıl tevıdik össze. Ezek: oldószer (szolvens), primer és szekunder szcintillációs anyagok (foszforok). A gyakorlatban mérni kívánt minta – mivel elkeveredik a koktéllal - fizikailag és kémiailag is befolyásolhatja a koktél mőködését, s ezáltal a detektálási hatásfokot csökkentheti,
vagy
quenching).
Ezért
a
szcintillációt
nem
lehet
kiolthatja
általános
(kioltás,
receptet
vagy
adni
a
folyadékszcintillátor-koktél összetételére, hanem mindig az adott feladatnak legjobban megfelelı koktélt kell összeállítani.
14
Az egyes komponensek funkcióinak megértéséhez tudnunk kell, mi történik, ha radioaktív anyagot keverünk a koktélhoz. Az emittált részecskék energiáját a koktélban lévı (olcsó) oldószer molekulái abszorbeálják, s ennek következtében ık maguk is gerjesztıdnek. Ezt a gerjesztési energiát megırzik egészen addig, amíg nem ütköznek egy
primer
szcintilláló
molekulával.
Ütközéskor
gerjesztési
energiájukat átadják, s a szcintilláló molekula ettıl az energiától fénykibocsátással szabadul meg (primer szcintilláció). Sajnos a primer szcintilláló anyagok által kibocsátott fény spektruma a szcintillációt
figyelı
fotoelektronsokszorozó
érzékenységi
tartományához nem teljesen jól illeszkedik, s ezért a detektálási hatásfok növelése érdekében szükséges egy újabb folyamatot közbeiktatni. A szekunder szcintilláló anyag a koktél által kibocsátott fény spektrumának maximumát az elektronsokszorozó fotókatódjának érzékenységi maximumába tolja el. A gerjesztett szekunder anyag molekulái alapállapotba való visszakerülésükkor koktél és fotókatód függı fényt emittálnak.
Az oldószer
Az oldószernek az alábbi követelményeket kell kielégítenie: 1. Nagymértékben abszorbeálja a radioaktív sugárzást, s annak energiáját jól továbbítja a szcintilláló anyagnak 2. Nem nyeli el a szcintillátorok által kibocsátott fényt 3. Szennyezésmentes 4. Jó oldószer 5. Alacsony a fagyáspontja
15
A szcintilláló anyagok (primer és szekunder)
A jó szcintilláló anyagok: 1. Az oldószer molekuláiról nagymértékben abszorbeálják az energiát 2. Az oldószerben jól oldódnak 3. Kémiailag stabilisak 4. A gerjesztett állapotuk lecsengési ideje rövid
2.1.3. Elektromos impulzusok amplitudóspektruma
A szcintillátor által kibocsátott fény színe a koktélban lévı szcintilláló anyagok minıségétıl függ. A fotoelektronsokszorozó által adott elektromos impulzus amplitúdója viszont attól függ, hogy a radioaktív
sugárzásból
jött
részecske
végeredményben
hány
molekulát gerjesztett szcintillációra, s a kibocsátott fotonokat milyen valószínőséggel detektálta az elektronsokszorozó. Ez a következıktıl függ: -a α-részecske összenergiájától
(minél nagyobb, annál több
szolvens-molekulát tud gerjeszteni), -annak a valószínőségétıl, hogy egy gerjesztett szolvens molekula az energiáját egy primer molekulának adja át (és nem másnak), -annak a valószínőségétıl, hogy egy primer molekula által kibocsátott fény egy szekunderfotoelektront vált ki, -annak a valószínőségétıl, hogy a szekunder molekula által kibocsátott fényt a fotoelektronsokszorozó érzékeli. Ezt hívjuk
16
fényhozamnak. Az elektronok általában közel 10 %-os fényhozamot produkálnak, de pl. a 222Rn 5 MeV-es α-részecskéi kb. csak 150 keVes elektronnak megfelelı energiát emittálnak ki.(lásd 2. ábra)
2.1.4. Kioltás (quenching)
A fentiekben láttuk, hogy milyen tényezık szabják meg azt, hogy egy részecske mekkora impulzust kelt a fotoelektronsokszorozóban. Nagyon durva becslés ugyan, de tájékozódásra jó, hogy 1 keV energia elnyelıdésekor átlagosan 7 foton keletkezik. A folyadékszcintillációs módszer alkalmazásakor olyan komponensek is az oldatba kerülhetnek, amelyeknek nincs szcintillációs hatásuk, és koncentrációjuktól függıen csökkentik a mérés hatásfokát. Ezt a jelenséget kioltásnak vagy quenching-nek nevezzük. Kioltás esetén tehát a kibocsátott fény intenzitása és spektruma is változhat, s ezért befolyásolja az elektromos impulzusok amplitúdó-eloszlását is. Kioltás többféle módon jöhet létre: Kémiai kioltásról akkor beszélünk, amikor a gerjesztési energiát nem a primer- és szekunder szcintilláló anyagok veszik át az oldószer molekuláitól, hanem a kioltó anyag molekulái. Ezekrıl az energia nem alakul át fénnyé, hanem a molekulák ütközése során az oldatot melegítik. Szín kioltás történik, ha az emittált fény egy részét valamilyen jelenlévı színes anyag (pl. festék) elnyeli, mielıtt az elektronsokszorozó fotókatódjára jutna. Optikai kioltás lép fel, ha kioltást idéznek elı a nem teljesen átlátszó, zavaros oldatok, de az edényen hagyott ujjlenyomat is.
17
2.2. A TRI CARB 1000A mérımőszer leírása
A küvettákban szállított vízminták radonkoncentráció-mérését a PACKARD TRI CARB 1000A folyadékszcintillációs spektrométerrel végeztem. A berendezésben kettı, egymással szemben elhelyezett fotoelektronsokszorozó figyeli a mintában történı felvillanásokat. A detektorokról érkezı jeleket koincidencia-áramkör szőri, majd egy analóg-digitál átalakító sokcsatornás analizátorra küldi. Az analizátor a jeleket nagyságuk szerint 4000 csatornába válogatja szét. A gép bekapcsolása után ismert radioaktív izotóp segítségével kalibrálhatjuk a mőszert: esetemben 14C-gyel történt a kalibrációs mérés (SNC: Self Normalization Counting), amellyel az egyes csatornákhoz tartozó energiát állapítja meg a mőszer. A TRI CARB spektrométer különbözı mérési eljárásokat (protokoll)
tárolhat,
így
például
a
radon-koncentráció
meghatározására alkalmas beállítást is. A mi esetünkben a beütésszámot három csatornában győjti a gép. A minta mérési eredményeit nyomtatón keresztül jelenítette meg a mőszer. Egy-egy minta adatsora a mérési mód (protokoll) számát (P#), a minta számát(S#), a mérés idıtartamát (TIME), az egyes csatornákban mért beütésszámot (CPMA, CPMB, CPMC; Counts Per Minute), a B csatornában mért beütésszám szórását (2S%B), a bekapcsolástól eltelt idıt (ELTIME), a belsı sztenderddel mért kioltást (tSIE), valamint a spektrumot jellemzı spektrális indexet (SIS) tartalmazza. A radonmérés protokollja esetén a csatorna-beállítások: A csatorna: 25 keV—900 keV; CPMA transzformált érték;
18
B csatorna: 25 keV—900 keV; CPMB a beütésszám [beütés/perc] a B csatornában, C csatorna: 0 keV—25 keV ; CPMC a C csatornába jutó beütések száma. A mérés idıtartama függ a minta aktivitásától és a megkövetelt pontosságtól. A 2. ábrán látható a 222Rn spektruma optifluor-o szcintillátorban (koktélban). Ezen
ábra
alapján
határoztuk
meg
a
csatorna
kiosztásokat. Látható, hogy a 25-900 keV-es tartományban a spektrum domináns. 150 keV-es fényhozamnál megtalálható a rádium bomlássorban lévı 5,49 MeV-es és a 6,00 MeV-es α-sugárzás, majd 300 keV-nél egy újabb 7,68 MeV-es sugárzás látható. Ha így választjuk meg a csatornákat, akkor a csúcsok kis eltéréseinél is bele fog esni ebbe a tartományba az effektív része a spektrumnak.
50.00
gyakoris g (be t s/0,5 keV)
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00 0.00
100.00
200.00
300.00
f nyhozam (keV)
2. ábra: Optifluor-o koktél spektruma
19
400.00
2.3. A mintavételekrıl A mintavételeket mind terepen, mind a laboratóriumban 10 ml-es orvosi fecskendıvel és lereszelt tővel végeztük. A kútban lévı mintavételi csapot gondosan kifolyattuk, hogy ne a benne lévı „pihent” vizet mérjük, hanem friss és aktuális vizet. Az orvosi tőt minél jobban feldugtuk a csaptelep csövébe, hogy levegımentes legyen a vett minta. Ez azért szükséges, hogy a vízben lévı radon ne tudjon azonnal a fecskendıben lévı levegıbe diffundálni, hiszen ez a levegı végül kikerül a fecskendıbıl mielıtt a küvettába jutna. A mintavétel idejének pontos (óra, perc) feljegyzése fontos, mivel késıbb ebbıl lehet visszaszámolni az eredeti aktivitást. Az üvegküvettákat elızıleg már kitisztítottuk, és 10 ml optifluor-o folyadékot öntöttük beléjük, ami azzal a tulajdonsággal rendelkezik, hogy a radon sokkal jobban oldódik benne, mint vízben. A oldhatósági száma jóval nagyobb. A vizet a folyadék alá fecskendeztük be, mivel már a kezdeti pillanatokban is távozhat radon a vízmintából. Majd 5-6 óra múlva kialakult kétféle egyensúly. A koktél és a víz között a Rn-koncentráció aránya beállt az egyensúlyi értékre, ami azt jelenti, hogy ugyanannyi radon mosódik bele a vízbe, mint amennyi kipárolog a vízbıl a levegıbe. A másik egyensúly a Rn és leányelemei között jött létre.
20
3. A levegı radontartalmának meghatározása
3.1. Az ATMOS 10 mérımőszer A berendezés egy szőrın és egy víztelenítın keresztül levegıt pumpál a mérıkamrába. A membránszivattyú folyamatos áramlása 1liter/perc. A szőrı megakadályozza a Rn leányelemeinek bejutását, a víztelenítı megszabadítja a levegıt a zavaró nedvességtartalmától. A mőszer mérıegysége egy impulzusszámláló ionizációs kamra, melynek elektródája egy sok huzalból álló rendszer, ez határozza meg a hengeres kamrában az érzékeny térfogatot. A kamra teljes térfogata 2 liter, az érzékeny térfogat 0,6 liter. A keletkezett leányelemeinek a
218
Po és
214
222
Rn, ill. a kamrában
Po bomlásából keletkezı α-
részecskék energiájukat a levegı molekuláinak ionizálása révén adják le; kb. 105 elektron-ion párt keltve pályájuk mentén. Az ionok az elektródák felé mozogva elektromos impulzusokat keltenek, ezek amplitúdója arányos az α-részecskék energiájával. Az impulzusok amplitúdóját mérve meg lehet határozni az α-energiát. Az ionizációs kamra impulzusait erısítés után egy analóg-digitál konverter dolgozza fel, majd egy 256 csatornás analizátor segítségével az α-részecskék energia-eloszlása egy PC képernyıjén megjeleníthetı. A csúcsok energiafelbontása 0,3 MeV. A Rn-koncentráció meghatározása két korlát közé esı impulzusokból történik és a mőszer Bq/m3-ben adja meg a fajlagos aktivitást. A mőszer PC nélkül is használható.
21
3.2. A MARKUS 10 mérımőszer A gép elindításakor a szivattyú levegıt szív a mérıkamrába a talajból egy - már elızıleg a földbe ütött - lyukacsos vasrúdon keresztül vagy egyszerően közvetlenül a levegıbıl (mi ezt alkalmaztuk). A szivattyúzási idı (30 s) biztosítja, hogy a kamrából az eredeti levegı kiürüljön. A beépített nyomásérzékelı leállítja a szivattyúzást, amint a nyomás a rúdban egy bizonyos érték alá (0,95 atm) süllyed, amikor a nyomás ismét növekszik, a pumpálás ismét beindul. A szivattyúzási idı kitolásával biztosítható, hogy a kamrában a méréshez elegendı levegı legyen. Az effektív szivattyúzási idı - a szüneteket nem számítva - az a bizonyos 30 másodperc. A mi alkalmazásunknál nem kellett várni a nyomáskiegyenlítıdésre, hiszen mi mindig közvetlenül a levegıbıl szivattyúztuk. A pumpálás végeztével beindul a mérés. A mérıkamra a feszültség hatására bekapcsolódik a detektorral együtt. A detektor regisztrálja a leányelemek által kibocsátott α-részecskéket. A detektor által küldött módon kiküszöbölhetı a
218
Po lassú bomlásából
származó jel, s rövid élető radon leányelemek hatása érvényesül. A felerısített és megszőrt impulzusok egy számlálón keresztül, a digitális kijelzın jelennek meg. Új mérés minimálisan 18 perc után indítható, mert ennyi idı szükséges ahhoz, hogy az elızı mérésbıl visszamaradó bomló részecskék aktivitása elegendıen lecsengjen. Méréseinken
MARKUS
10
mőszerrel
mértünk
levegıradon-
koncentrációt egy víztározó komplett vizsgálata során. Itt a vízben mért radon-koncentráció és a felette lévı levegı radontartalma közötti összefüggésére voltunk kíváncsiak.
22
4. A mérési területekrıl, a mérési sorozatokról
4.1. A mérési területekrıl Tab és környékének (2.térkép) vízhálózata nagyon kiterjedt, sok apró település található a völgyekben, kb. 10000 ember él ezen a területen. 3-4 település rendelkezik egy-egy törpevízmővel, illetve szivattyúházzal. A területen kb. 35, vízmő által fúrt kút található, ebbıl 29 kútnál vettünk mintákat. Általában minden településen van vezetékes vízhálózat, de az emberek még használják - elsısorban öntözésre és az állatok itatására - a szinte minden udvaron megtalálható, egyénileg fúrt kutak vizét. Szinte minden település rendelkezik víztározóval. Ezek a rendszerek önállóak, nincs összeköttetés
közöttük.
Ezen
a
területen
egyetlen
nagy
vízhálózatrendszer található, Tab városé. A város területén kilenc kút mőködik, egy pedig üzemen kívül van, ez egyébként egy meleg vizes forrás, kb. 39 oC-os vízzel. A kutak mélysége változó: 50-60 métertıl egészen a 250 méterig. Véménd-Szebény-Feked településeken (3. térkép), a három faluban kb. 2000-2500 ember él. Az emberek vízigényét két kút szolgálja ki. Az egyik Fekeden, a másik Szebényben van, de ezek a kutak külön-külön nem mőködhetnek, mert az egyik lágy (szebényi 130 l/min), a másik kemény (fekedi 340 l/min) vizet ad. Így pár évvel ezelıtt kiépítettek egy számítógépes rendszert, ami szabályozza, a környék vízellátását. A megfelelı keverési arányt (1:3,4) a szebényi és fekedi víz között, a vízmő gépészei manuálisan állítják, és hetente
23
kétszer ellenırzik, ami azt jelenti, hogy a gépészek 2-3 naponta ellenırzik a beáramló nyers vizet, és a kiáramló kevert vizet. Ezt a mőveletet stopperórával végzik. Megmérik, hogy 1 m3 víz mennyi idı alatt áramlik be a fúrt kutakból a tározóba. Ha az arány (1:3,4) megváltozna, akkor a szebényi kutat lefojtják, illetve ha az szükségeltetik, több vizet engednek Szebény felıl az átemelı medencébe. Fekeden található egy 50 m3-es víztározó, amibe a már említett arányban folyik be a kevert víz. Ebbıl a tározóból jut el a három településre az ivóvíz. A tározóból két szivattyú emeli ki a vizet. A kisebb Fekedre, egy 50 m3-es tározóba nyomja fel a vizet, a nagyobb pedig Szebény, illetve Véménd irányába. A nagyobb szivattyú nyomócsöve kettéágazik a két település felé. A Szebény felé menı a faluban található 50 m3-es tartályba „szállítja” a vizet, a Véménd irányába tartó pedig a Trefortpusztán található, két 100 m3-es tartályba dolgozik. Ezekbıl a tartályokból kapja Véménd új része az ivóvizet. A falu régi részét egy 50 m3-es tartály látja el, amit Trefortpusztáról töltenek fel. A
trefortpusztai
és
a
fekedi
tározókban
különbözı
mélységeknél vízszintmérı bóják találhatók, ezeket és a kutakat vezérli a számítógépes rendszer. Ha bizonyos vízszintet elér a tározókban a víz, akkor annak megfelelıen ki-, illetve bekapcsol a rendszer, hogy a tározókban a felsı vagy az alsó vízszintjelzı bója kapcsolt be. A kisebb tározókban nincs számítógépes rendszer. A fekedi (falu) és a szebényi tározónál a szabályzást egy úszóbójás szelep végzi. Ha a vízszint lejjebb megy, akkor a szelep valamelyest kiold, és a fekedi tározóból jut a két település tározójába, tehát
24
folyamatosan van víz a tározókban, és közel azonos vízszinten. Persze csak akkor tud víz jutni a két tározóba, ha az átemelı szivattyú, ami a trefortpusztai tározókban dolgozik, üzemben van. A véméndi tározóban is úszóbójás rendszer mőködik, de oda mindig mehet víz, hiszen a trefortpusztai tározókban mindig van víz, így ha a szelep kinyit, víz áramolhat a tározóba. A vízhálózat alaprajza megtalálható a 2. mellékleten.
2. melléklet: Feked – Szebény – Véménd vízhálózatának alaprajza
4.2. A mérési sorozatokról 25
Tab és környékén három méréssorozatot végeztünk. Az elsınél csak Tab város vízmő-kútjait vizsgáltuk ısszel, majd tavasszal; a második méréssorozatnál már a környezı települések vízmőveinél is vettünk mintákat. A harmadik sorozatnál, a második sorozatban kimaradt kis települések vízmő-kútjaiból vettünk mintákat. Véménd-Szebény-Feked településeken több mérést is végeztünk a RAD-Lauder-Laboratótiummal együttmőködésben. Az elsı méréssorozat tájékozódó jellegő volt, a területi eloszlást kívántuk felmérni. A RAD-Lauder-Labor országos lakáslevegı radonszint mérésprogram keretén belül, Tóth Eszter tanárnı vezetésével,
feltérképezték
az
ország
számos
magas
radon-
koncentrációjú helyét. E program során ismerték fel - többek között Véménd-Szebény-Feked települések magas lakáslevegı radonszintjét. A mérés megmutatta, hogy ezen a környéken a lakások levegıjének radonszintje, és az ebbıl származó fajlagos radioaktivitás magas. Ha a levegı radon-koncentrációja magas, és ezek a települések közel fekszenek a Mecsekhez - ez az ott bányászott uránérc miatt fontos-, akkor a környezı talajvizekben is magas radontartalomra lehet számítani. Ez a gondolat adta az ötletet az elsı méréssorozat elvégzésére. Véménden, Szebényben és Fekeden több helyen, több felszíni forrásból, ásott és fúrt kutakból is vett mintát Hámori D. Krisztián, a RAD-Lauder-Labor munkatársa. A méréseket az ELTE Atomfizikai Tanszéken végeztük. Tulajdonképpen ez a mérés hivatott feltérképezni, hogy a terület háromnegyed részét ellátó fúrt kutak radon-koncentrációja hogyan változik a tározóktól a fogyasztókig, illetve a nem olyan nagy mélységő - közelben lévı - ásott kutak
26
vizének radon-koncentrációja mennyiben tér el a közelben mért vezetékes vízhálózatétól. A mérés megállapította, hogy mi a falu vezetékes vízrendszerében talált, nagy vízradon-koncentráció eredete. Ez a fekedi nagy vízhozamú fúrt kút aktivitása. A második sorozat a Rn-koncentráció napi ingadozását vizsgálta, és 5 fı helyre koncentrált. 24 órán keresztül, az elsı három helyen 2 óránként, a negyedik és ötödik helyen 6 óránként vettünk mintát. Az elsı mérési hely a véméndi iskolánál volt. Ez azért fontos, mert ott a gyerekek közvetlenül a trefortpusztai víztározóból kapják a vizet, és az iskola az elsı nagyobb vízfogyasztó a falu Trefortpuszta felé esı részén. A második mérési hely a vezetékes vízhálózatban közvetlenül a véméndi tejüzem után volt. Ez a hely azért lehet figyelemreméltó, mert a tejüzem napi vízfogyasztása 80-100 m3, ami a falu vízfogyasztásához mérten (500-600 m3) igen jelentıs. A harmadik mérési pont a Kossuth L. utca 103. elıtt lévı közkút, ami a vízhálózatrendszer végén van. A tejüzem a Kossuth L. utca elején található. Ezen két mérési pont alsó és felsı becslést ad az egész utca Rn-tartalmára. A negyedik a fekedi átemelı-medence kimeneténél volt, ahonnan a környéken fekvı települések kapják az ivóvizet, az ötödik a fekedi kút, amely a legnagyobb hozamú fúrt kút ezen a területen. A második sorozat eredményeibıl meghatározható, hogy mikor a legmagasabb a radon-koncentráció egy napon belül. Ezt az idıintervallumot nevezzük csúcsidınek. A harmadik sorozat a csúcsidı
dinamikájának
mintavételeket
a
felmérését
RAD-Lauder-Labor
célozta
meg,
szervezte.
ezeket
Több
a
helyen
egyszerre, félóránként vettek mintákat a csúcsidıben. Az eredmény
27
azt mutatta, hogy a vezetékekben néha az aktivitás 30 %-a „eltőnik”. A fúrt kút aktivitása állandó. A kevert víz, és a trefortpusztai tározóból jövı víz idıbeli változást mutatott, és ezt a koncentráció csökkenést követte a vízhálózatban utána következı kutak aktivitása is. Ennek a magyarázata az lehet, hogy a tározókban a víz és levegıszint mindig változik, mert a trefortpusztai tározó feltöltése nem folyamatos. Így több, illetve kevesebb radon tud kipárologni a tározó levegıjébe. Ennek függvényében változik a vízhálózatban a radon-koncentráció. Mivel a víztározó levegıszintjének és térfogatának változása nagymértékben befolyásolhatja a vízhálózat radon-koncentrációját, készítettünk egy szimulációs programot a radon-koncentráció követésére (7. fejezet). A negyedik méréssorozat a fekedi átemelı-medence vizének és levegıjének radon-koncentrációját kívánta mérni. A szimulációs program eredményeit szerettük volna a valósággal összehasonlítani. A konkrét cél az volt, hogy a tározó vízállása és a szellıztetés hogyan befolyásolja a levegı, illetve a víz radon-koncentrációját. A levegı radonszintjét MARKUS 10 levegı radonmérıvel végeztük. Egy napon keresztül vizsgáltuk a tározóból kimenı víz fajlagos aktivitását, és a tározó levegıjét. A tározóból óránként vettünk vízmintát, és a fekedi fúrt kútból is vettünk mintákat, hogy a befolyó, nyers víz aktivitás - változását ellenırizhessük. Levegımintákat is gyakran vettünk - de lehet, hogy túl gyakran - , mert 3 értékelhetı eredményt kaptunk csak. Valószínő, hogy a tározó levegıje nagyon páradús volt, ez megzavarhatta a mérımőszert. A mérések kiderítették, hogy a radon a tározó levegıjében nem egyenletesen
28
oszlik el. Ha 1 méterre a víz szintjétıl mértünk, jóval kisebb radonkoncentrációt kaptunk, mint amikor 40 cm-nél mértünk. Ez arra enged következtetni, hogy egy úgynevezett "radon-párna" alakul ki a víz felszíne felett. Ha a tározót szellıztetve próbáltuk csökkenteni a víz radonszintjét, csökkent is, de nem olyan rohamosan, mint ahogy azt elképzeltük. Ha befejeztük a szellıztetést, akkor valamelyest nıtt a víz és a levegı fajlagos aktivitása. Közben a tározóból kifogyott a víz, illetve az alsó bója szintjéhez ért a vízszint, így bekapcsolt a két kút, ami megzavarta a mérést. Friss víz került a kútba, ami radonkoncentráció növekedést jelentett. Ezért el kellett végeznünk még egy mérést, és ki kellett küszöbölnünk a levegı radontartalmának inhomogenitását is. Az ötödik mérést újra a fekedi víztározónál végeztük. Figyelembe kellett vennünk a levegı radon-koncentrációjának inhomogenitását is, ezért a vízfelszín felett mindig ugyanolyan magasságban vettünk mintát. Az úszóbójás mérést választottuk. Két, 2 literes mőanyag palackból, és egy 5 literes mőanyag kannából tutajt építettünk, ügyelve arra, hogy a tutaj stabilan ússzon a vízen. Ezt a szerkezetet a tározó vízfelszínére helyeztük, és egy 8 méteres benzincsövet erısítettünk rá. A benzincsı másik végét ismét MARKUS 10 levegıradon-mérıre csatlakoztattuk. Ezzel elértük, hogy mindig ugyanolyan távolságra a vízfelszíntıl vettünk levegı mintákat, attól függetlenül, hogy mennyi víz volt a tározóban. Elıször kb. 20 cm-re a vízfelszíntıl mértünk, de a mérımőszer nem mutatott aktivitást, ami nagyon furcsa, mert biztosan nem volt a tározó szellıztetve legalább 2, de inkább 4 hétig. Fel kellett volna gyülemlenie a radonnak a tartály levegıjében. Ezért 40 cm-re tettük a
29
benzincsı végét a víz felszínétıl. Akkor már sikerült 3-4 kBq/m3-es aktivitású levegıt mérni. A mérımőszerrel kb. 60 percenként lehetett mintát venni, mert a mintavétel bár gyors volt, de a mérés már nem. A mérés idıtartama 20 perc volt, de a mintavétel és a mérés után meg kellett szellıztetni a mőszert legalább kétszer, hogy a radon leányelemei (1. melléklet) ne tudjanak felhalmozódni a mőszerben. A hatodik, illetve hetedik sorozatban a radon kipárolgását mértük szabad vízfelületen laboratóriumi körülmények között. A hatodik sorozat elıtt egy radonkamrába uránföldet tettünk, majd két hét múlva egy pohár desztillált vizet helyeztünk bele. Egy hetet vártunk, hogy a kamra levegıjében lévı radon belemosódhasson a desztillált vízbe. Ez a folyamat könnyen végbemehetett, hiszen a kamrában a poharat nem fedtük le. Így egy enyhén aktív (kb. 20 Bq/l) vizet kaptunk. Egy hét elteltével kivettük a radonkamrából a desztillált vizet, és 5 cm mélyrıl mintákat vettünk 1, 2, 5, 10, 20, 30, majd 60 perc múlva. A mintavétel során - szemmel láthatóan optifluor-o oldat került az orvosi fecskendırıl a víz felszínére, amely beterítette a vízfelszín egy részét, és befolyásolhatta a radon kipárolgását a vízbıl. A mérésbıl a kipárolgás sebességét nem tudtuk meghatározni, mindenesetre a kipárolgás karakterisztikus idejét sikerült megmérni. A várt néhány perc helyett óra nagyságrendben kell keresni. A hetedik méréssorozatnál a Juventus forrás vizét használtuk, ez aktív (kb. 120 Bq/l) vizet ad. A forrásvizet két fızıpohárba tettük, majd az egyiket egy mágneses keverı segítségével állandóan kevertük néhány Hz-es szögsebességgel, a másikat nem kevergettük. A labor levegıjét nem cseréltük. 30 percenként mintákat vettünk mindkét
30
vízbıl 1, illetve 5 cm mélységbıl. Ennél a mérésnél már ügyeltünk arra, hogy az orvosi fecskendı tőjérıl ne kerülhessen koktél a pohárban lévı víz tetejére. Minden mintavétel után mosószeres (desztillált) vízben mostuk el a tőt.
5. A mérés kiértékelése
5.1. Kalibráció
Ismert aktivitású
226
Ra oldatot higítottunk úgy, hogy 20 és 500
Bq/l közötti aktivitású sztenderdeket kaptunk. A radioaktív egyensúly beállta után, a koktél-fázisban kialakult a rádiummal egyenlı aktivitású radonaktivitás. A sztenderd-sorozat mérési eredményei megadják a kapcsolatot a percenkénti beütésszám és a Bq/l-ben mért fajlagos aktivitás között. Az eredmények azt mutatják, hogy a kalibrációs görbe nagyon jó közelítéssel egyenes. Nulla radontartalom mellett kb. 10,88 beütés/perc intenzitást tapasztaltunk, ezt a háttérértéket több 12 órás mérés átlaga adta. Ezek alapján állítottuk be a mőszerben az A csatorna transzformált értékét. A fajlagos aktivitást a (cpm — 10,88)/1.98 képlet alapján határoztuk meg. A mintavételkori aktivitást úgy kapjuk meg, hogy a mintavétel és a mérés megkezdése között eltelt idıvel korrigáljuk a mért koncentrációt. A radon felezési ideje 3,82 nap, ebbıl meghatározható a bomlási állandója: λ=0,0075536 1/óra. Ennek alapján a mérés
31
megkezdéséig e— λt -ed részére csökkenı fajlagos aktivitást korrigálni tudjuk. A mérések hibája általában 5—10 % közé esett, amit a mérési idı növelésével csökkenteni lehetett. A mérések hibája a statisztikai ingadozáson kívül a kalibráció 2%-os szisztematikus hibáját is tartalmazza.
5.2. Kiértékelı program A mérési eredményeket Microsoft Excel® program segítségével értékeltem ki. Egy alaptáblázatot készítettem, amelybıl az Excel egy programrutin segítségével a bevitt adatokból visszaszámolja a mintavételkori koncentrációt (2. táblázat). A táblázat egyes sorai a következı információt tartalmazzák: A TRI-CARB 1000A mérımőszer a következı adatokat számolja: - A cpm A szórását (a13). - A mérés megkezdésétıl eltelt idıt (a14). - A cpm B-t (a15), a B csatorna (25-900keV) beütésszámát percenként. - A sis-t (a16), megadja az energia-eloszlás maximumának háromszorosát. - A tsie-t (a17), magadja a kioltás mértékét; ha minimális a kioltás 1000 a tsie, ha maximális, akkor pedig 0. - A cpm A-t (a22), a fajlagos aktivitást 25-900 keV-es tartományban. Ez is
percenkénti beütésszám, amit a mérés
idıtartamára átlagolva kapunk.
32
A hosszabb mérések során lényeges, hogy a mérés ideje alatti Rn-bomlást nem veszi figyelembe. Az Excelben megírt program a következıket számolja: - A mintavétel és a minta mérése között eltelt idıt (a10), az alábbi függvény szerint:
(a7-a2)*24+(a8-a3)+(a9-a4)/60+(a14-a12)/60 - A c1-et (a18), ami e(-0,0075536*(a10)) konstanssal egyenlı. - A c2-t (a19), ami az (a12)*0,0075536/60 konstanssal egyenlı. - A c3-t (a20), ami az (1-e-(a19))/(a19) konstanssal egyenlı. - A számolt koncentrációt (a20) a cpm B csatorna segítségével:
(cpm B - 10,9)/1,98 (10,9 a háttér).
Ez azért fontos, mert ha az adatok begépelésénél hiba történne, a számolt (a21) és a mért koncentráció (a22) hányadosa nem 1, ezt az értéket az (a25) mutatja. - Az eredeti koncentrációt (a23) az (a22)/((a18)*(a20)) értékek segítségével. - Az eredeti koncentráció hibáját (a24) az ((a13)+2)/100*(a23) értékekbıl.
minta kódja mintavételi idı nap óra
hónap
33
a1 a2 a3 a4
perc mérés megkezdése hónap nap óra perc Delta t (óra) protokoll mérés idıtartama T (perc) cpm A szórása eltime cpm B SiS tsie c1 c2 c3 számolt koncentráció cpm A mért koncentráció (cpm A) eredeti koncentráció koncentráció szórása hiba mért/számolt (cmp A )
a5 a6 a7 a8 a9 a10 a11 a12 a13 a14 a15 a16 a17 a18 a19 a20 a21 a22 a23 a24 a25
2. táblázat
6. A mérési eredmények, diszkusszió
34
6.1. Tab és környéke
6.1.1. Tab és környéke: Elsı és második sorozat
Tab és környéke elsısorban agyagos, löszös, tehát laza talajú, így nem volt képes, és most sem tud hosszú ideig radont tárolni, ezért a minták fajlagos aktivitása alacsony, mindenhol 10 Bq/l körüli, illetve 10 Bq/l-es alatti fajlagos aktivitású (3., 4. és 5. táblázat).
Minta kódja
Fajlagos aktivitás Bq/l
hiba Bq/l
3,41 5,51 5,47 3,34 3,19 1,52 2,72 <1 2,96 <1
0,34 0,52 0,52 0,33 0,32 0,16 0,27
Tab 0101 Tab 0102 Tab 0103 Tab 0104 Tab 0105 TVG 0106 TVG 0107 Kap 0108 Tab 0109 Báb0101
0,29
3. táblázat: Tab környéki kutak fajlagos aktivitása 1998.09.15-én
A következı településeken, illetve üzem területén vettem vízmintákat:
Tab,
Tartály
és
Vegyipari
Gépgyár,
Kapoly,
Bábonymegyer, Somogymeggyes, Nágocs, Zics, Kára. A mintavételi helyek minden esetben az adott település területén található, azonos kódszámú vízmőkútjainak mintavevı csapjából történt. Minta kódja
Fajlagos aktivitás Bq/l
hiba Bq/l
10,72 11,385 12,424 10,41
1,06 1,12 1,2 1,04
Tab 0201 Tab 0202 Tab 0203 Tab 0204
35
Tab 0205 TVG 0206 TVG 0207 Kap 0208 Tab 0209 Megy 0201 Nág 0201 Nág 0202 Zics 0201 Kára 0201
7,31 7,34 6,81 8,09 4,76 10,18 4,86 8,58 10,575 11,22
0,78 0,78 0,73 0,85 0,54 1,02 0,55 0,89 1,06 1,13
4. táblázat Tab környéki kutak fajlagos aktivitása 1998.12.18-án
09.15.
13 12
12.18.
11 Fajlagos aktivitás (Bq/l)
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0
2
4
6
8
10
tabi kutak 1.-9.sz.
3. ábra: A tabi kutak aktivitásának változása a mintavételtıl függıen
A 3. táblázat értékei eltérnek a 4. táblázatétól, pedig ugyanazokból a kutakból származik a minta. A 3. ábrán látható, hogy a kutak aktivitása a három hónap alatt döntıen megváltozott, 2,5-3-szorosára nıtt. Az eltérés egyik oka, abban lehet, hogy az elsı mintákat nem a fent leírtak alapján vettük. A vízmintákat elıször egy fızıpohárba engedtem, amit egy nagy nyomás alatt lévı mintavevı csapról. Mielıtt a küvettákba kerültek volna a minták, pár percig a fızıpohárban álltak, így a szabad levegıvel érintkeztek, körülbelül mindig ugyanannyi ideig. Kivéve a
36
nyolcas kutat, hiszen ahhoz a kúthoz sokat kellett menni (5 perc). Mivel a vízminták a szabad levegıvel érintkezhettek, diffundálhatott radon a levegıbe, s kisebb lett a minták fajlagos aktivitása. Megzavarhatta a mérést még az idıjárás is, mivel mintavétel közben esett az esı. Az eredmények kiértékelése után kiderül, hogy a néhány perces szabad levegıvel való érintkezés nem okozhatott ekkora aktivitás-csökkenést. Valószínőbb, hogy amikor a mintavevı csapnál a vízmintát vettem, nagy volt a nyomáskülönbség, így a víz nagy sebességgel áramolhatott a fızıpohárba, ami meggyorsíthatta a radonkipárolgást. Az eredményekbıl persze nem derül ki, hogy a fajlagos aktivitás-ingadozást a mintavételek körülményei közötti eltérés,
vagy
egyszerően
az
évszakok
változása
okozza.
Természetesen mindkettı is lehet együttesen. Ez a kérdés is hozzájárult ahhoz, hogy a késıbbiekben megvizsgáljuk a radon kipárolgását a vízbıl. Ezt a kísérletet a hatodik, illetve hetedik sorozatban végeztük el.
6.1.2. Tab és környéke: Harmadik sorozat
A harmadik sorozat eredményeit az 5. táblázat tartalmazza. A harmadik sorozat mintái a következı településekrıl származnak: Szorosad,
Törökkoppány,
Somogydöröcske,
Gerézdpuszta,
Somogyacsa, Bonnya, Kisbárapáti, Fiad, Bonnyapuszta, Karád, Nagytoldipuszta, Andocs.
Minta kódja
Szor0101
Fajlagos aktivitás Bq/l 26,66
37
hiba Bq/l
1,47
Szor0102 Tkopp0101 Sdö0101 Gerp0101 Sacs0101 Bo0101 Kis0101 Fi0101 Bop0101 Ka0101 Ka0102 Ntpt0101 Ntpkút0101 An0101 An0102
4,47 ≈0 6,53 2,25 7,51 6,06 12,89 4,08 2,65 4,76 8,21 4,57 2,89 <1 8,21
0,36 0,51 0,2 0,57 0,48 0,88 0,34 0,23 0,39 0,62 0,39 0,25 0,63
5. táblázat: Tab 3. sorozat 1999.02.02-án
A tabi harmadik sorozat sem tér el a másik két sorozat eredményeitıl, tehát 10 Bq/l alatti, illetve körüliek a vízminták fajlagos aktivitásai. Egyetlen helyen lehet magasabb értékekre bukkanni - 26,66 Bq/l - ,a szorosadi kútnál. Ez a kút abban különleges, hogy pozitív kút, tehát a vizet a talajszint fölé nyomja. A talaj itt sem tér el a lösztıl, ill. agyagtól, ezért a magas vízaktivitás a talajösszetétel-változással nem magyarázható. Magyarázat lehet még: a földben lévı kıolaj miatt változhatott meg a helyi radonkoncentráció. Ugyanis a földben lévı kıolaj szélein felfelé áramlik a radon, ami belemosódhat a talajvizekbe.(cikk 93/7/261o. fiz. szemle) Ezt a feltételezést látszik alátámasztani, hogy a Mol Rt. a kúttól kb. 1 km-re próbafúrásokat végez. A szorosadi kútnál egy vastalanító is mőködik, ugyanis a környéken megtalálható rétegvizek vasban igen gazdagok. A vastalanító egy 10 m3-es tartály tele folyami kıvel. A tartály tetejére felszivattyúzzák a vizet, és ez lecsörgedezik a köveken. Alulról
38
oxigént adnak a tartály levegıjéhez, a vízben lévı vas az oxigén hatására lerakódik a köveken, így kaphatunk vastalanított, illetve kisebb mértékben vasat tartalmazó vizet. Ha a vas eltömíti a rendszert, visszafelé kimossák. A köveket 5-6 évente cserélni kell. A harmadik sorozat elsı két mintáját a szorosadi kútnál vettem: közvetlenül a vastalanító elıtt a kútról, majd a vastalanító után. Az eredmény megdöbbentı, hiszen a kút fajlagos aktivitása hatod részére csökken, feltehetıen a vastalanítás hatására. A mintavételek között egy - két perc sem telt el, elméletileg ez nem okozhatna nagy eltérést. A választ talán a vastalanítás mőveleténél kell keresnünk. A vastalanítás közben sok oxigént juttatnak a tartályba. A tartályban lévı kövek azt a célt szolgálják, hogy a víz felületét megnöveljék, ezáltal megnöveljék a vastalanítás hatásfokát. A víz a köveken keresztül csörgedezik le a tartály aljába, ezáltal a felülete megnı, így akár több radon is távozhat a felesleges oxigénnel a szabadba. Bugyborékoltató párolgásnál nagyon gyorsan távozik a radon a vízbıl (Deák Nikoletta: Szakdolgozat 1995. ELTE Atomfizikai Tsz.). Említésre méltó még a törökkoppányi kút 0 Bq/l-es eredménye, ami annak tudható be, hogy a kút már jó ideje üzemen kívül van, nem mőködnek a szivattyúi, csak ha mintát vesznek belıle. Így a vízben lévı radon vagy kidiffundált a levegıbe, vagy „elfelezıdött”. A 266 méter mély kútból nem lehetett kiengedni az összes vizet, ezért csak „fáradt” vizet mérhettünk. A másik üzemen kívül lévı kút az Andocs 1. kút, ahol már lehetıség volt a kút vizének kifolyatására. Az eredménybıl azonban az látszik, hogy mégsem sikerült az összes „fáradt” vizet kiengedni a kútból.
39
6.2. Véménd-Szebény-Feked körzet
6.2.1. Az elsı sorozat, területi eloszlás
Véménd-Szebény-Feked települések közelében 100-120 méter vastagságú gránitréteg található, amin csak a termıtalaj van. A gránit igen kemény kızet, és ezáltal a radont, mint gázt, sokáig tárolni tudja. A környéken lévı víz fajlagos aktivitása 5 Bq/l és 250 Bq/l közé esik. A mérés azt mutatta, hogy az ásott kutak fajlagos aktivitása kisebb, mint a terület vízmő-kútjaié, a fúrt kutaké. A különbség talán a kutak mélységébıl is eredhet, hiszen az ásott kutak nem érnek le a gránit-szintig (max. 32 méter), míg a Véménd-Szebény-Feked települések ivóvíz készletének 77 %-át adó fekedi kút igen, vagy legalábbis közelebb van hozzá, mint az ásott kutak. A fekedi fúrt kút 146 méter mély, ami legalább 110 méterrel mélyebb, mint az ásott kutak. Az elsı sorozat eredményeit a 6. táblázat mutatja. Az eredményekbıl megállapítható, hogy a fekedi fúrt kút aktivitása a legnagyobb, közel 250 Bq/l-es, ami magas aktivitásúnak mondható. A trefortpusztai tározó már a kevert vizet kapja, amit a szebényi és fekedi kút vizébıl a megfelelı arányban (1:3,4) kevernek. Azért lehet kisebb aktivitású
a tározó vize, mert a szebényi kút
vizének aktivitása jóval kevesebb, mint a fekedi kúté (35 Bq/l).
Település
Véménd
Hely
Trefortpusztai tározó Trefortpusztai tározó 5 perccel késıbb Véménd alsó, Öt-vályú forrás Véménd alsó, Pince forrás
40
Fajlagos aktivitás (Bq/l) 79,8 82 74 100
Hiba Bq/l 4 4 4 5
Szebény
Feked
Véménd alsó, vezetékes közkút Véménd, Kossuth u. 30., fürdıszoba Véménd Polgármesteri Hivatal, mosdó Véménd Szılıhegy, ásott kút (32 m) Szebényi kút Szebényi kút 5 perccel késıbb Hısök tere 9., ásott kút fekedi fúrt kút fekedi fúrt kút 5 perccel késıbb alsó vezetékes közkút Fı utca 88., ásott kút Fı utca 82., ásott kút Fı utca 82., vezetékes víz, fürdıszoba felsı vezetékes közkút
29 29,1 98,6 32,5 35,1 36,7 11,2 243 248 91,7 5,1 3,3 62,2 36,9
2 2 5 2 2 2 2 10 10 5 1 1 4 3
6. táblázat: Véménd 1998.07.19-én
Véménd az ivóvizet a trefortpusztai tározóból kapja, ami a fent említettek miatt közel 80 Bq/l-es aktivitású, bár mint késıbb kiderült, az aktivitás-csökkenés nem csak a keverés miatt lép fel. Észrevehetı, hogy a tározótól a vezetékes vízrendszerben egyre messzebb lévı fogyasztók egyre kisebb aktivitású vizet kapnak. A véméndi forrásvizek aktivitása kevesebb, mint a fekedi kúté. Ez az eltérés származhat a források mélységébıl, a talajrétegek vastagságának változásából és a mintavétel körülményeibıl, hiszen láttuk, hogy ez is nagymértékben befolyásolja a mérés eredményét. A fekedi vezetékes rendszer elején nagyobb aktivitású (91,7 Bq/l) víz van, mint a trefortpusztai tározóban. A fekedi közkút jóval közelebb van a fekedi tározóhoz, mint a terfortpusztai tározó, ez bizonyítja, hogy amíg a fekedi tározóból a trefortpusztaiba, vagy a fekedi közkúttól a feljebb lévı Kossuth L. u. 82-es számú házig eljut a víz, veszít az aktivitásából, tehát fontos lehet az aktivitás szempontjából a vezetékrendszer hosszúsága is. Az aktivitás-
41
csökkenés
persze
származhat
még
a
vezetékrendszer
kihasználatlanságából is, hiszen ha nem túl gyakran használják a vezetékes vizet, akkor a csıben lévı radon 3,82 nap alatt felezıdik. Nem elhanyagolható szempont a fogyasztás sem.
6.2.2. A második sorozat, a radon-koncentráció 1 napos változása
A második méréssorozat 5 fı helyre koncentrált. 3 helyen (Tejüzem és Kossuth L. u. 103. elıtt lévı közkút, Iskola) 2 óránként, 2 helyen hosszabb idıtartamonként vettünk mintát. Az eredményeket a 4. ábra tartalmazza. A teljes eredménylista a mellékletekben található. Ezzel a méréssel a radonaktivitás egy napon belüli változását szerettük volna kimutatni. A 4. ábra adataiból nem igazán derül ki a radondinamika; hogy teljes képet kapjunk, több helyen, hosszabb ideig kellene mérni. Az ábrán látható, hogy a fekedi kút aktivitása a legnagyobb, bár este csökken, de a következı nap délben már újra 320 Bq/l-es. Említésre méltó az iskola magas aktivitása. Ezeket a mintákat az ebédlı egyik csapjáról vettük, tehát a gyermekek is ezt isszák, ihatják egész nap nyolc éven keresztül. Látható, hogy itt a víz aktivitása a nap szinte minden órájában több mint 100 Bq/l, a déli órákban viszont megemelkedik az aktivitás.
42
Fajlagos aktivitás (Bq/l)
340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
fekedi kút szebényi kút Tejüzem Kossuth L. u. 103. Iskola
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Eltelt idõ (perc)
4. ábra: Az ivóvíz aktivitásának ingadozása: 1998.10.12. 1200 - 1998.10.13 1300.
Kossuth L. u. 103.
60
Tejüzem
Fajlagos aktivitás (Bq/l)
50
40
30
20 10
0 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Eltelt idõ 1998.10.12 12 óra óta (perc)
5. ábra: Tejüzem és Kossuth L. u. 103. elıtt lévı közkutak aktivitása
43
A 5. ábra adatai a Kossuth u. elején (Tejüzem) és közepén (Kossuth L. u. 103.) található közkutak aktivitását mutatja. A közkutak aktivitása az esti órákban megnı, amit a tározók feltöltésének idıfüggése nélkül nehéz megmagyarázni. Valószínő, hogy a vízfelhasználás este nagyobb mint nappal, hiszen este az emberek otthon tartózkodnak, az állatokat is itatják, így megnı a vízfelhasználás. Az aktivitás-növekedés éjfélig tapasztalható, ami azt jelentheti, hogy a nagymennyiségő vízfelhasználás megszőnik, éjfél után a vezetékrendszerben „pihen” a víz, ezáltal csökken az aktivitás. Reggel, amikor az emberek elkezdik használni az ivóvizet, újra megnı az aktivitás. Látható, hogy ha egy magasabb aktivitású víz érkezik a Tejüzem elé, akkor ez a magasabb koncentráció kb. 60 perc múlva jelenik meg a Kossuth L. u. 103. elıtt. A Tejüzem elıtti közkút vizének éjfél elıtti aktivitás-csökkenése a kis felhasználással magyarázható, hiszen lehet, hogy nem lett teljesen kiengedve a víz a csapból, így sokkal több ideig pihenhetett a vezetékrendszerben, mint a Kossuth L. u. 103. elıtti, hiszen a közkút a fıvezeték-rendszertıl bizonyos távolságra van. Ha a rácsatlakozási vezetékben található víz nem lett teljesen kiengedve, meghamisíthatja az eredményeket. A fekedi kútnál és az iskolánál déli órákra tehetı a csúcsidı, a Kossuth L. utca elején és a közepén a csúcsidı eltolódik több órát a fekedi kúthoz képest. A szebényi kút aktivitása nagyfokú állandóságot mutatott, tapasztalatunk szerint a kút aktivitását a fogyasztás nem befolyásolja.
44
6.2.3. A harmadik sorozat, a vízhálózat-rendszer csúcsidıdinamikája
A harmadik sorozat a napi csúcsidıszak során a radonkoncentráció terjedését próbálja kimutatni. Ennél a mérésnél a RadLauder-Labor munkatársai és diákok végezték a mintavételeket. A 3. melléklet a harmadik sorozat eredményeit tartalmazza. A világos táblázatok az 1998.11.10-én mért aktivitásokat mutatják, a sötét alapú táblázatok az 1998.11.11-én vett minták eredményeit tükrözik. A település-rendszert ellátó fekedi átemelı - medence aktivitása nem változik, ennek ellenére a trefortpusztai tározóé igen - 180±30 Bq/l - , ami felettébb meglepı. Az eredményekbıl kitőnik, hogy az iskola és a Zrínyi u. egy vezetékrendszeren van, s az iskola van közelebb a tározóhoz. A Tejüzem és a Tanács u. pedig minden bizonnyal a véméndi tározóból kapja az ivóvizet, hiszen itt az aktivitás-értékek jóval alacsonyabbak. A november 10-én mért eredményekbıl kiolvasható, hogy a trefortpusztai tározóban 12 óra után aktivitáscsökkenés tapasztalható, ezt a csökkenést az iskolánál csak 12:30 után figyelhettük meg. Ez azt jelentheti, hogy a víz a tározóból legalább fél óra alatt ér el az iskoláig. A szebényi tározó vizének aktivitás-értékei alacsonyabbak, mint a trefortpusztaié, ami szintén a szebényi tározó messzesége miatt adódhat. Itt is észrevehetı az aktivitás-növekedés, de sajnos 12 órakor nem vettünk mintát, így nem tudhatjuk, hogy az aktivitás-ingadozást a víz vagy a mintavételi hibák okozzák. A szebényi közkútnál a 12:30kor mért 43,62 Bq/l-es aktivitás nagyon kilóg a sorból, valószínő, hogy a mintavétel közben adódhattak problémák, amelyek erısen
45
kihatottak az eredményre. A közkútnál is megfigyelhetı a víz aktivitásának enyhe növekedése éppen úgy, mint a szebényi tározónál. A fekedi közkút november 10-én a mérés ideje alatt valószínőleg a tározóból, 11-én pedig az átemelı medencébıl kapta a vizet, mivel a 10-én mért értékek fele akkorák, mint a 11-én mértek. Az átemelımedencébıl pedig mindig "friss", tehát radonban gazdag vizet kap a tározó. A tapasztalat szerint a koncentráció-gradiens a forrás felé mutat. Az aktivitás 10-én a tározó felé növekedett, ami alátámasztja, hogy onnan indult el. 11-én pedig pont fordítva. Ezzel a gondolat menettel alátámasztható az elızı tapasztalati megállapítás.
46
3. melléklet: 1998.11.10-1998.11.11. Csúcsidı-dinamika
6.2.4. A negyedik sorozat, a fekedi átemelı-medence levegıjének és vízének vizsgálata I.
A negyedik sorozat mintáit 1999.03.05-én vettük a fekedi kútnál és a fekedi átemelı-medencénél. Ezt a harmadik sorozat azon megállapítása miatt végeztük el, hogy amíg a fekedi átemelıbıl közel azonos aktivitású ivóvíz indul a trefortpusztai tározóba, addig a tározó kimeneténél a víz aktivitása változik. A negyedik sorozatban sikerült újra kimérni a fekedi fúrt kút vizének aktivitását, ami ismét közel állandó 350±5 Bq/l-es aktivitást mutatott. A fekedi átemelı aktivitása is állandónak mondható. Ezt a tényt az elızı méréssorozatból is megállapíthatjuk,
bár
akkor
nem
mértünk
ilyen
hosszú
idıintervallumban. 11:07-kor az átemelı szivattyú beindult, majd 12:00-kor, mikor az alsó szintjelzı bójáig fogyott a vízszint a tározóban, a szabályozó-rendszer elindította a fekedi és
szebényi
kutakat. A 3. mellékleten látható, hogy a tározó aktivitása nem változik annak ellenére sem, hogy idıközben bekapcsolt a fekedi és a szebényi kút is. Nem zavarta meg a kút vizének aktivitását az sem, hogy levegı-mintavétel közben a tározó ajtaja egy kis ideig néha nyitva volt. A levegıradon-mérı (MARKUS 10) elıször 6, 2, 0, majd 1, de 16 Bq/l-es levegıt is mért, attól függıen, hogy milyen magasan vettünk mintát a víz felszíne felett. Ezért ezekbıl az eredményekbıl nem lehet messzemenı következtetéseket levonni. Az egyes méréseket különálló mérésekként kell kezelni. A 16000 Bq/m3-es
47
eredményt a tározó vízfelszíne felett kb. 40 cm-rel mértük. Ha ez a levegı homogén módon kitöltötte volna a tározó légrétegét ugyanilyen aktivitású levegıvel, és már az egyensúly beálltát megvártuk volna, s közben a szellıztetést megszüntettük volna, akkor a tározó vizének fajlagos aktivitása kb. 4 Bq/l-es lenne, mivel az egyensúlyi állapotban a levegı-víz arány 4:1. (Deák Nikoletta: Szakdolgozat 1995 Atomfizikai Tsz.) A tározó henger alakú kb. 80-100m3 térfogatú, amelynek van egy 1 m2-es ajtaja. A tározó alapja kb. 12 m2, tehát ajtaja a víz felületéhez képest kicsi. 300 perc után (15:00-kor) végleg kinyitottuk a tározó ajtaját, s ennek következtében kissé csökkent az átemelıbıl kimenı víz aktivitása. Sajnos abbahagytuk a mérést, ezért kellett megismételni
Fajlagos aktivitás (Bq/l)
újra, és ezt az effektust kimérni az ötödik mérési sorozatban.
360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190
fekedi kút fekedi átem elõ
0
50
100
150
200
250
300
350
Eltelt idõ 1999.03.05. 10 óra óta (perc)
6. ábra: A fekedi medencénél 1999.03.05-én vett minták aktivitása
48
6.2.5. Az ötödik sorozat, a fekedi átemelı-medence vizének vizsgálata II.
Az ötödik mérési sorozatot 1999.04.06-án végeztük, ismét a fekedi átemelı-medencénél, az átemelı-szivattyú utáni csapból vettük a mintákat. Az eredményeket és az idıbeli változásokat a 7. ábra mutatja. Amikor odaértünk az átemelı-medencéhez, azonnal kinyitottuk a tározó ajtaját. Azt szerettük volna megmérni, hogy ez a tény hogyan befolyásolja a medencében lévı víz aktivitását. Az ajtó felülete jóval kisebb, mint a tározó alapterülete, s ezáltal a tározóban lévı víz felszíne is, emiatt kicsi effektusra számítottunk. A 7. ábráról leolvasható, hogy az elsı hat (8:18-9:08) vízminta aktivitása csökken, majd hirtelen ugrás látható a hetedik (9:18) minta aktivitásában. Idıközben becsuktuk a tározó ajtaját (9:12), hogy az aktivitás-csökkenést
is
megfigyelhessük
a
vízmintákban.
Szerencsétlenségünkre pontosan ez idı tájt (9:17) kapcsolt be a fekedi átemelı-szivattyú. Pontosan emiatt a tény miatt nem mondhatjuk meg ezekbıl az eredményekbıl egzaktul, hogy az aktivitás-növekedés mi miatt lépett fel: az ajtó becsukása, vagy az átemelı-szivattyú miatt; de valószínőbb, hogy az átemelı szivattyú okozta az aktivitásnövekedést, hiszen az ajtó felülete jóval kisebb, mint a tározó vízfelszíne, s ez csak kevéssé befolyásolhatja az aktivitás-változást, sokkal több idıre lenne szükség, hogy ez a hatás érvényesüljön. Nagyon furcsa, hogy az aktivitás-növekedést az átemelı szivattyú okozza, mert ha ez beindul, akkor csökken a víz a tározóban
49
és nı a levegıtérfogat. Emiatt kellene csökkennie még jobban az aktivitásnak, de az aktivitás a fent felsoroltak ellenére növekedik. Valószínő megoldás lehet, hogy addig, amíg nem indult be az átemelı - szivattyú, a csıben "fáradt" víz lehetett, ami kevesebb aktivitást is jelent. Abban a pillanatban, mikor az átemelı - szivattyú beindult, a tározó vize került a csıbe is, és ettıl kezdve végig a mintavevı csapnál a tározó vizét lehetett venni. A szivattyú nem állt le a mérés végéig.
260.00
240.00
Fajlagos aktivit s (Bq/l)
220.00
200.00
180.00
160.00
140.00 0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
Eltelt id 8:18 ta (perc)
7. ábra: A fekedi átemelı-medence vízének fajlagos aktivitása 1999.04.06-án
50
A szivattyú bekapcsolódása után fél órával kinyitottuk az ajtót, ezután a tározó vizének aktivitása lassan csökkenni kezdett. Ennek sebebsségét a következı fejezetekben tárgyaljuk.
6.2.6. A fekedi kút aktivitásának évszakos vizsgálata
Összehasonlíthatjuk a fekedi fúrt kút aktivitásszintjének változását 1998 nyarától 1999 tavaszáig terjedı idıintervallumban (8. ábra). Látható, hogy a kút aktivitása tavasszal nagyobb, mint nyáron, ami pontosan az ellenkezıjét mutatja, mint amit a Velenceihegységben a Szőcs-kútnál vett mintáknál tapasztalt Halász István, hiszen ott ısszel és télen a minták aktivitása magasabb volt, mint tavasszal. Az eltérés talán abból eredhet, hogy a Szőcs-kút vize forrásvíz, és a minták a víz felszínérıl lettek véve, a fekedi vízminták pedig közvetlenül a mintavevı csapról, ami a 146 méter mélyrıl jön a felszínre. (Halász István: Szakdolgozat Atomfizikai Tsz. 1999) Érdekes
lenne
az
idén
nyáron
is
mintákat
venni,
s
összehasonlítani a tavaly nyáron vett minták aktivitásával, de sajnos ezt ebben a szakdolgozatban már nem tudom megtenni. Érdemes lenne folytatni több éven keresztül a méréseket.
51
400
Fajlagos aktivitás (Bq/l)
300
200
100
0 1998 júl.
1998. okt.
1998. nov.
1999. márc.
8.ábra: A fekedi kút fajlagos aktivitása 1998 júliusa és 1999 márciusa között
6.3. Laboratóriumi mérések 6.3.1. A radonkipárolgás mérése
Az elızı sorozat eredményei megmutatták, hogy a radon valamilyen sebességgel kipárolog a szabad vízfelületen. Azt szerettük volna kimérni, hogy mennyi idı alatt csökken a felére a fızıpohárban lévı radonos víz aktivitása a 4.2. alfejezet utolsó elıtti bekezdésében leírt módon. A 9. ábra tartalmazza a radonkamrás kísérlet eredményeit, amelyekbıl látható, hogy az aktivitás (18±2 Bq/l) a mérés idıtartama alatt nem nagyon változott - illetve hibán belül nem - az utolsó vízmintáig. Az utolsó mintánál már a vízminta aktivitása lecsökkent 7,54±1 Bq/l-re, amit az oldat 4 percen keresztüli
52
lötykölésével értünk el. Sajnos az aktivitások nem elég magasak, emiatt nem lehet olyan könnyen kimutatni a csökkenést, bár látszik, hogy a víz körkörös mozgatásával elısegíthetı a radon-kiáramlás. Rövid idıközönként és rövid ideig vettünk mintákat, mivel gyors (néhány perces) kipárolgásra számítottunk. Ez a mérés megcáfolta a feltételezést. Ezért volt szükség a hetedik mérési sorozatra. 24.00
Fajlagos aktivit s (Bq/l)
20.00
16.00
12.00
8.00
4.00 0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
Eltelt id 1999.04.22. 17:18 óta (perc)
9. ábra: Perces nagyságrendő kipárolgás mérés
6.3.2. A radonkipárolgás mérése nyugvó és forgó vízbıl
53
100.00
A hetedik sorozatra azért volt szükség, mert az elızı sorozatnál kevés idıt "adtunk" a radonnak, hogy ki tudjon párologni a fızıpohárban lévı víz szabad felületén. A minták aktivitása alacsony (20 Bq/l), hibájuk ennek függvényében arányosan nagyobb százalék volt. Ebben a sorozatban a Juventus forrás vizét használtuk radonban gazdag vízként. Két pohárba öntöttük a forrásból hozott vizet, az egyiket egy mágneses keverı segítségével állandóan kevertük (12Hz-es fordulatszámmal), mindkét pohárból 1, illetve 5 cm mélységbıl mintákat vettünk. Az eredményeket a 10-14.ábra mutatja. egycm 140
ötcm ötcmp
120
Fajlagos aktivitás (Bq/l)
egycmp 100
80
60
40
20
0 0
100
200
300
400
500
600
eltelt idõ (perc)
10. ábra: 1999.04.28-án mért Juventus forrás vizének aktivitása különbözı feltételekkel
A 11-14. ábra függıleges tengelyei logaritmusos beosztásúak.
54
Fajlagos aktivitás (Bq/l)
1 cm mélységben 100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900 1000 1100
Eltelt idõ 1999.04.28. 13:43 óta (perc)
11. ábra: 1 cm mélységben a Juventus forrás fajlagos aktivitása
Fajlagos aktivités (Bq/l)
5 cm mélységben 100
-100
0
100
200
300
400
Eltelt idõ 1999.04.28. 13:43 óta (perc)
12. ábra :5 cm mélységben a Juventus forrás fajlagos aktivitása
55
Fajlagos aktivitás (Bq/l)
1 cm mélységben, keveréssel 100
10
0
100
200
300
400
Eltelt idõ 1999.04.28. 13:43 óta (perc)
13. ábra: 1 cm mélységben a Juventus forrás fajlagos aktivitása, keveréssel
5cm mélységben keveréssel
Fajlagos aktivitás (Bq/l)
100
10
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Eltelt idõ 1999.04.28. 13:43 óta (perc)
14. ábra: 5 cm mélységben a Juventus forrás fajlagos aktivitása, keveréssel
56
A 10. ábra azt mutatja, hogy hibán belül megegyezik az 1, illetve 5 cm-es mélységbıl vett minták fajlagos aktivitása, tehát nincsen koncentráció-gradiens. Az
és a
radioaktív
bomlásnál érvényes összefüggések segítségével az adatokra (11-14. ábra) illesztett egyenesek meredekségébıl és hibájából kiszámolható, hogy mennyi idı alatt csökken - az egyes körülmények között - a vízminták fajlagos aktivitása a felére. Ezek az egyenesek valójában exponenciális görbék a logaritmusos tengelyskála miatt. Az 1 és 5 cm mélyen vett mintáknál ez a karakterisztikus idı 303 perc, ha néhány Hz-es szögsebességgel keverjük, akkor 105 perc. Ez igen meglepı. Ugyanezzel a módszerrel illesztettem görbét az 5. mérési sorozatnál (a fekedi átemelı-medence 1 napos vizsgálata) kapott eredményekre. Ekkor 1200 perc adódott, tehát négyszer több idı szükséges ahhoz, hogy a fekedi tározó fajlagos aktivitásszintje felére csökkenjen. A négyszeres idı a tározó ajtajának (kb. 1 m2) és vízfelszínének (kb. 13 m2) nagy különbségével magyarázható. Ez is alátámaszthatja azt a feltételezést, hogy zárt térfogatban a vízfelszínen egy ún. radonpárna alakul ki, ami nem nagyon keveredik a tározó levegıjének fentebbi légrétegével.
57
7. A víztározó szimulációs programja
A program célja, hogy szimulálja a fekedi átemelı-medence (tározó) változását
vízszintingadozásából a
vízrendszerben.
származó Természetesen
radon-koncentráció a
program
egy
leegyszerősített sémát követ, de megpróbáltunk a program írásánál a valósághoz közelíteni. A program Visual Basic programnyelven íródott, amely egy objektum-orientált programozási nyelv, felhasználó-barát, ilyen módon azoknak, akik használják nem feltétlenül szükséges a programnyelv ismerete, és könnyen tudják kezelni. A program Windows®-os környezetben futtatható. A programban adott a fúrt kút fajlagos aktivitásszintje (200 Bq/l). A kút a szabályzórendszer segítségével termel a tározóba. A szabályozórendszer két bóján keresztül érzékeli a vízszint változását. Ezek a vízszintjelzı-bóják a tározó falán vannak bizonyos mélységekben. Amikor az alsó bója szintjéig csökken a vízszint, akkor a fúrt kút szivattyúi bekapcsolnak és nyers vizet termelnek a tározóba egészen addig, amíg a vízszint el nem éri a felsı bója szintjét. A fogyasztás hatására csökken a vízszint a tározóban, ha eléri az alsó bója szintjét, akkor újra bekapcsolnak a szivattyúk és vizet nyomnak a tározóba. Ez a valóságban is hasonló módon történik. A programban a kút termelési sebességét, a fogyasztás mértékét is lehet változtatni. Ha a fogyasztás nagyobb lenne, mint a termelés sebessége, és a
58
tározóban van még felhalmozott víztartalék, akkor a fogyasztói oldal változatlan ütemben kapja az ivóvizet. Ha a tározó kiürül, akkor a fogyasztók közvetlenül a kútról kaphatnak annyi vizet, amennyit a kút kitermel. Ez a valóságban még nem fordult elı, hiszen a kutak termelési sebessége (kb. 600 l/min) nagyobb, mint az átlagos fogyasztás (kb. 500-600 m3/nap). A tározó nem tud szellızni V = áll. Ha a fogyasztók a kútról közvetlenül kapják a vizet, akkor a víz fajlagos aktivitása megegyezik a kútéval (200Bq/l). Ha a fogyasztók a tározóból kapják a vizet, akkor 100-400 Bq/l fajlagos aktivitású víz áramlik a fogyasztókhoz a program szerint. Ez azzal magyarázható, hogy amikor a tározó levegıje még nem gazdag radonban, akkor még ki tud diffundálni radon a levegıbe. A levegı radon-koncentrációját így is lehet növelni, de úgy is, ha csökkentjük a levegıtérfogatát, vagyis elkezdjük feltölteni a tározót. Ezzel egyidıben „friss” radonban gazdagabb vízzel töltjük, így még gyorsabban telítıdhet a tározó levegıjében a radon. Ha a tározóban lévı víz és levegı elérte az egyensúlyi koncentráció állapotát, akkor ugyanannyi radon mosódik bele a vízbe, mint amennyi a vízbıl kipárolog a levegıbe. Ha az egyensúlyi koncentráció beállta után még mindig töltjük a tározót - ezáltal csökkentjük a benne lévı levegı térfogatát, és egyben növeljük a tárzóban lévı összes radonatom számát -, akkor már a vízbe fog több radon belemosódni, mint a vízbıl kipárologni. Így érhetı el az, hogy míg a fúrt kút nyers vize 200Bq/l-es fajlagos aktivitású, addig a fogyasztókhoz akár 400 Bq/l-es víz is juthat. Ha csökkentjük a tározóban felhalmozott vizet azzal, hogy a fogyasztói oldalnál van csak felhasználás, akkor növekedik a levegıréteg térfogata is, így a
59
radon-koncentráció
a
tározó
levegıjében
csökken.
Ennek
a
kiküszöbölésére lehetne szellıztetést alkalmazni, amivel csökkenthetı a tározó levegıjének radonszintje. A valóságban a tározó nem hermetikusan zárt, ezért a programot megváltoztattuk. Kiderült, hogy a szellıztetésüzem beállításával maximálisan 200 Bq/l-es víz jut a fogyasztókig, ami a fúrt kút fajlagos aktivitása. A programban a szellıztetés annyiból áll, hogy a növekvı vízszint kinyomja a szabadba a tározó felesleges levegıjét ellenállás nélkül, és vele együtt az abban a levegırészben lévı radonatomokat. Ez egyébként a valóságban is így van, mivel a vízszintemelkedés nem túl gyors, és a tározó tetején van egy szellızınyílás. A szimulációnál 10 percenként számolunk víz, illetve radon-koncentráció szintet. A levegıben lévı radont homogén eloszlásúnak, a vízbıl való kipárolgását pedig gyorsnak feltételeztük. Azt gondoltuk, hogy az egyensúlyi koncentráció 10 percen belül kialakul. Ez a feltételezés, mint késıbb kiderült, hibás volt, mint az is, hogy a radon homogén eloszlású a levegıben.
8. Összefoglalás
A közel 200 vízminta között találhatunk figyelemre méltó fajlagos aktivitásszinteket, ezekbıl az adatokból a következı konzekvenciák vonhatók le: A tabi területen - a vízminták közül - talán a szorosadi kút
60
vízének fajlagos aktivitás-csökkenése - vastalanítás következtében figyelemre méltó. Hatodára csökkent, ami valószínőleg gyorsan ment végbe, hiszen kevés idıre van szükség ahhoz, hogy egy 10 m3-es tartály tetejérıl a víz az aljára érjen. Ez nagyon fontos, hiszen láthattuk, hogy a fekedi tározóban 1200 perc, a laboratóriumi körülmények között párologtatott Juventus forrás vízének 303 perc, s ha kevertük néhány Hz-es szögsebességgel, akkor 105 perc kellett ahhoz, hogy az aktivitás benne a felére csökkenjen. Összességében megállapítható, hogy a tabi terület radioaktivitás szempontjából nem fontos, hiszen a fajlagos aktivitásszintek többnyire csak megközelítették az USA-beli ajánlott 11 Bq/l-es határértéket, ami alacsony radioaktivitásra utal. Ennek oka a laza, löszös talaj, ami nem képes tárolni a radont, így könnyebben kerülhet a levegıbe és 3,82 napos felezési idejével gyorsan "eltőnik " innen is. A
Feked-Szebény-Véménd-i
terület
viszont
radioaktivitás
szempontjából figyelemre méltó, ami a nagy 100-150, sıt 250-350 Bq/l-es fajlagos aktivitás értékeknek köszönhetı. Ezek az aktivitások - feltehetıen - Mecsekben található urántartalmú gránit, - amelynek a nyúlványa ezen a területen helyezkedik el - ,illetve a kutak nagy mélységével magyarázható. Ezen
a
területen
sokat
dolgoztunk
a
RAD-Lauder-
Laboratóriummal együttmőkösésben. Elıször a területi eloszlást határoztuk meg, majd kiderítettük, hogy a magas aktivitás egy - a település-rendszert 77%-ban ellátó - mély fúrt kút miatt van. A következıkben meghatároztuk egy 24 órás méréssel, hogy mikor van a vízrendszerben a víz fajlagos aktivitásának maximuma. Ezekután csúcsidı-dinamikát mértünk. Kiderült, hogy a radontól
61
származó aktivitás egy része eltőnik a vezetékrendszerben, s az is, hogy amíg a fúrt kút vizének aktivitása nem változik idıben, addig a tározóké igen. Programot készítettünk ennek megértésére, ami a fekedi átemelı-medence szimulálni.
vizének
Végezetül
aktivitás-változását
megvizsgáltuk
néhány
volt
hivatott
geometriailag
hasonló esetben a radon kipárolgásának gyorsaságát. Eredményeink azt mutatják, hogy a vízbıl magától, ha nyugalomban hagyjuk 5-6 óra alatt, ha kissé (1-2 Hz szögsebességgel) kevergetjük 1-2 óra múlva csökken az aktivitás a felére. Ez az idı jelentısen csökkenthetı a keverési sebesség növelésével, illetve a vízfelszín növelésével (pl. porlasztás). A nagy aktivitás problémájával foglalkoznunk kell, hiszen ezen a területen majd 2000 ember él, és ık naponta konfrontálódnak ezzel a kérdéssel. Többféle módszert próbáltunk kidolgozni az ivóvizek fajlagos aktivitás-csökkentésére. Egy lehetséges megoldásnak tőnt a mérések folyamán, ha a tározók levegıjét szellıztetnénk. Szimulációs programot is készítettünk e problémára, de a mérések folyamán kiderült, hogy a radon nem párolog olyan gyorsan a vízbıl, mint feltételeztük. Így hiába szellıztetnénk a tározó levegıjét, a nagy fogyasztás miatt gyorsan távozik a víz a tározóból, és nem tud kipárologni a radon a vízbıl, így a vízhálózatba kerül. Mondhatnánk erre, hogy építsenek egy jóval nagyobb tározót, s ekkor majd lesz a radonnak ideje a vízbıl kipárologni, de ez a megoldás igazából újabb problémákat vet fel - nem is beszélve a financiális megkötöttségekrıl - , pl. közegészségügyit, ugyanis nem tesz jót bakteriológiai
62
szempontból, ha a víz sokáig áll egy helyen. Másik megoldás lehet amivel csökkenthetı az aktivitásszint - a keverés vagy csobogtatás, bár ezek nehezebben valósíthatók meg, de hatásosabbak és mindenekelıtt - olcsóbbak, mint az elızı megoldás. Optimális megoldás lehetne a keveréssel vagy csobogtatással együtt a szellıztetést is üzembe állítani. Véleményem szerint így lehetne a legnagyobb mértékben csökkenteni az ottani ivóvíz fajlagos aktivitását.
9. Mellékletek
63
Köszönetnyilvánítás
Ezúton szeretném megköszönni Horváth Ákos témavezetımnek, hogy minden idıben, a nap 24 órájában, energiát nem kímélve állt rendelkezésemre;
Deák
Ferencnek,
aki
az
apró
kérdések
finomításában segített. Köszönetet szeretnék mondani Marx György professzor Úrnak, hogy lehetıséget kínált számomra a Véménd-Feked-Szebény-i terület megvizsgálására;
továbbá
Tóth
Eszter
Tanárnınek,
aki
rendelkezésemre bocsátotta ezen terület eddigi mérés eredményeit; a Rad-Lauder-Labor munkatársainak Hámori D. Krisztiánnak, Bujdosó Miklósnak, akikkel együttmőködésben sikerülhetett csak e terület felmérése; ezenkívül Véménd, Szebény és Feked polgármestereinek, akik engedélyezték a mintavételeket, és a települések vízmő dolgozóinak, akik a mintavételeknél segédkeztek. Köszönettel tartozom a Tab Körzeti Vízmő dolgozóinak is, hogy segítették munkámat a tabi területen, és Krisztin Róbertnek, aki mindezekre engedélyt adott. Elsısorban pedig Szüleimnek köszönhetem, hogy e szakdolgozat elkészült, hiszen mentesítettek az otthoni feladatok alól, bíztattak amikor csüggedtem, és nem utolsó sorban anyagilag dotálták e projektet.
64
Irodalomjegyzék Marx György: Atommag-közelben, MOZAIK Oktatási Stúdió Szeged, 1996, Tóth Eszter: Radon a magyar falvakban, Fizikai Szemle 1992/2, Sükösd Csaba: Magfizikai laboratóriumi gyakorlatok, ELTE Budapest, 1992, Szabó Endre: A természetes földgáz (metángáz) radioaktivitásáról, Fizikai Szemle 1993/7, Deák Nikoletta: Szakdolgozat, ELTE Atomfizikai Tanszék, 1995, Halász István: Szakdolgozat, ELTE Atomfizikai Tanszék, 1999, Béres László: Szakdolgozat, ELTE Atomfizikai Tanszék, 1995.
65
