T A P AS ZT A L A T O K A N AG Y - K O P AS Z H E G YI T H A N O M ÁL I A T AN U L M Á N YO ZÁ S A S O R Á N - A R A D7 R A D O N MO NI T O R M ŐK Ö D É S E N AG Y T O RO N E XH AL Á CI Ó E S E T É N
TDK DOLGOZAT
SZABÓ ZSUZSANNA ELTE TTK, KÖRNYEZETTUDOMÁNY SZAK V. ÉVFOLYAM
BOROS ÁKOS ELTE TTK, GEOLÓGUS SZAK V. ÉVFOLYAM
TÉMAVEZETİK:
DR. HORVÁTH ÁKOS ELTE TTK, ATOMFIZIKAI TANSZÉK
SZABÓ CSABA, Ph.D. ELTE TTK, KİZETTANI ÉS GEOKÉMIAI TANSZÉK LITOSZFÉRA FLUIDUM KUTATÓ LABORATÓRIUM
TARTALOMJEGYZÉK
1. BEVEZETÉS ................................................................................................... 3 2. ELMÉLETI ÉS IRODALMI ÁTTEKINTÉS .............................................. 5 3. MINTAVÉTEL.............................................................................................. 14 4. ALKALMAZOTT TECHNIKÁK ÉS VIZSGÁLATI MÓDSZEREK.... 17 5. ANYAGVIZSGÁLATI EREDMÉNYEK................................................... 29 6. DISZKUSSZIÓ.............................................................................................. 44 7. ÖSSZEFOGLALÁS ...................................................................................... 46 9. KÖSZÖNETNYÍLVÁNÍTÁS ...................................................................... 49 ÁBRAJEGYZÉK............................................................................................... 49 IRODALOMJEGYZÉK ................................................................................... 51
2
1. BEVEZETÉS 1. 1 A probléma felvetése
Az Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Karának Atomfizikai Tanszéke és a Kızettani és Geokémiai Tanszéken mőködı Litoszféra Fluidum Kutató Labor egy radon térkép elkészítésébe kezdett.
A térkép elkészülését a radon mint potenciális
egészségügyi kockázati tényezı indokolja, valamint az, hogy nem számíthatunk hatósági szabályozásra a valós kockázatok ismerete nélkül. Az elsı célkitőzés Pest megye térképének elkészítése talajminták radon exhalációjának és talajgáz radon koncentrációjának mérése alapján, de az ambiciózus tervek között egész Magyarország radon térképének elkészítése is szerepel.
Jelen dolgozat készítıi is a térkép elkészítéséhez végeztek kutató munkát.
Mindehhez igen jó kiindulópontnak tőnt többek között a Nagy-Kopasz hegy ilyen szempontú tanulmányozása, amely a Budai-hegység részeként és radioaktív anomáliája folytán (pl. Wéber, 1989) alkalmasnak mutatkozott a vizsgálatok megkezdésére. A fent említett tények ösztönöztek a Nagy-Kopasz hegy részletesebb vizsgálatainak elkezdésére, mindenek elıtt radioaktív talajminták győjtésére. A területen korábbi kutatási eredmények alapján (Dudko, 1984) választottuk ki a bejárási útvonalat. A hegy déli lábától indultunk a Szarvas-árokban észak felé (1. térkép).
Egy dozimétert vittünk magunkkal,
amellyel mértük a talaj közeli gamma-dózisintenzitást. Nagy meglepetésünkre, a Szarvasárokban tett elsı utunk alkalmával, egy olyan helyet találtunk, ahol a talaj felszínén a mérhetı dózisintenzitás sokkal nagyobb volt, mint a korábban, az út során mért értékek. Ezen a helyen vettük az elsı mintákat a legnagyobb aktivitású helyrıl. A begyőjtött, minták laboratóriumi vizsgálatait gamma-spektroszkópiai mérésekkel kezdtük meg, mert kíváncsiak voltunk, hogy a nagy gamma-dózisintenzitás mely radioaktív elemektıl származik. A gamma spektrumok azt mutatták, hogy a begyőjtött talaj az agyagos üledékekre vonatkoztatott 12 ppm-hez képest (Turekian, Wedepohl, 1961) nagyon sok 232Th-t és annak leányelemeit tartalmazza. Radonexhaláció méréseket is végeztünk, hogy lássuk, mekkora veszélyt jelenthet ez és a hozzá hasonló területek radon szempontjából. A mintát radonkamrába tettük és megvártuk, amíg a radon exhaláció (keletkezés) és a radon bomlása között kialakul az egyensúly, ami a radon felezési idejének ötszöröséig, (5 * 3,82 nap ≈) 3 hétig tart. Ekkor a radonkamrát RAD7 radon monitorhoz kapcsoltuk és elkezdtük mérni a kamra légterében lévı radon koncentrációját. A kapott eredményeken elıször csak azt vettük 3
észre, hogy biztosan nem lehetnek helyesek, mivel az egyensúly beálltának ellenére a koncentráció folyamatos emelkedést mutatott az egy napos mérés során. Elkezdtük vizsgálni az exhaláció mérésre használt mőszer, a RAD7 mőködését. Rájöttünk, hogy az 232
238
U és a
Th leányelemei között két olyan izotóp található, amelyek közel ugyanakkora energiájú alfa
részecskéket bocsátanak ki.
A RAD7 méri a torontól származó beütéseket és ezzel
összefüggésben a toron koncentrációt és korrigál ezzel az interferenciával. A korrekció a radon koncentrációnál sokkal nagyobb toron koncentráció esetén nem ad helyes eredményt, mivel egy bomlási elágazás arányaival, valamint empírikus tapasztalatok alapján kell számolni és a gyártó, a Durridge Company, Inc. csak egy közelítı számítási módot ad meg a mőszernek.
Ez, az általában tapasztalt kis toron koncentrációk esetén jól mőködik, de
esetünkben ez nem áll fent. A probléma realizálása adta a kutatásunk további irányát. Célunk az volt, hogy a kérdést és megoldását mélyebben megismerjük, példának okáért hogyan tudnánk a helyes mérési eredményre jutni, milyen más problémák vetıdhetnek fel az exhalació mérések kapcsán, mi az oka a hibáknak. A technikai jellegő lépések után lehetıvé vált a radon és a toron exhalációjának szimultán mérése. Munkánkat az anyag részletesebb leírásával is ki akartuk egészíteni, ezért újra elmentünk a Nagy-Kopasz hegyre, hogy geokémiai és fizikai vizsgálatainkhoz elegendı mennyiségő mintát hozzunk ugyanarról a helyrıl, ahol a korábbi mintát is győjtöttük. Az említett helyen két újabb mintát vettünk, egy nagyobb és egy kisebb aktivitásút, amelyek a felszín alatti mélység alapján is elkülönültek és vizsgálatainkhoz a továbbiakban ezeket használtuk fel. Mérések és vizsgálatok elegendı sokaságának elvégzését követıen arra az elhatározásra jutottunk, hogy eredményeinket tudományos diákköri dolgozatban közöljük. Reméljük eredményeinket és alkalmazott technikánkat mások is fel tudják a késıbbiekben használni.
1.2. Célok kitőzése
1.
Elsıdleges célunk, hogy alternatívát adjunk a RAD7 radon monitor megfelelı
használatához nagy toron koncentrációk esetén is, valamint, hogy ezt alkalmazzuk is mintáink radon exhalációinak meghatározásánál.
4
2.
Céljaink között szerepel, hogy összefoglaljuk eddigi ismereteinket a Nagy-
Kopasz hegy radioaktív anomáliájáról térképek és a fellelhetı irodalom felhasználásával valamint 3.
hogy szemléltessük az anomáliát okozó, egy fajta anyag tulajdonságait fizikai
és geokémiai vizsgálatok segítségével is.
2. ELMÉLETI ÉS IRODALMI ÁTTEKINTÉS 2.1. A radon és a toron
A radon egy radioaktív nemesgáz. A természetes sugárterhelés majdnem 50%-a a radontól és bomlástermékeitıl származik (Köteles, 1994). Dolgozatunkban két izotópjával foglalkozunk.
A radon 222-es tömegszámú izotópja (222Rn) az
238
U bomlási sorában
található, felezési ideje 3,8235 nap, így elegendı ideje lehet felhalmozódni a lakások légterében. A radon 220-as tömegszámú izotópjának (220Rn), a toronnak az anyaeleme a 232
Th, a felezési ideje 55,6 másodperc (1. táblázat). A két izotóp közül inkább a radon növeli
a dózisterhelést a hosszabb felezési ideje miatt. Az 1. és 2. ábrákon megfigyelhetjük a késıbbiekben számunkra fontos leányelemek: a 218
Po és
214
Po (238U), a
216
Po,
212
Pb, 212Bi és
212
Po (232Th) bomlási sorban elfoglalt helyét és
felezési idejét. A következıkben a radon és a toron egyes kémiai, illetve fizikai tulajdonságait foglaltuk össze táblázatosan:
1. Táblázat: A radon és a toron tulajdonságai
izotóp
jele
anyaeleme
felezési ideje
radon
222
Rn
226
Ra (238U)
3,8235 nap
toron
220
Rn
232
Th
55,6 másodperc
Alább ábrázoljuk a 238U és a 232Th bomlási sorát, amelyekben megtalálható a radon és a toron:
5
1. ábra: 238U bomlási sora
2. ábra: 232Th bomlási sora
6
2.2. A terület földtani jellemzıi
A vizsgált terület felszínén lévı legidısebb képzıdmény a Budaörsi Dolomit Formáció. A Budai-hegység középsı-triász, mészalgás dolomitja 300-1200 méter mélységig is megtalálható. Ennél jóval meghatározóbb a hegység legnagyobb részét képezı Fıdolomit Formáció, valamint Dachsteini Mészkı Formáció.
Mindkét képzıdmény késı-triász,
utóbbinak Fenyıfıi Tagozatát is megtalálhatjuk, amely tulajdonképpen a kettı közti átmeneti állapotot képviseli.
A formációk igen vastagok (800-1500 m), karbonátos platform
képzıdmények (Haas, 2004). Jura képzıdményeket nem találunk a területen, a krétát egyedül az ún. “Budakeszi Pikrit Formáció” képviseli, ami bázisos kızettestek és telérekben, szubvulkáni formákban jelennek meg. A magmatit tulajdonképpen lamprofír, amely teléres megjelenéső, színes elegyrészeket tartalmazó, nagy illótartalmú ritka kızet (Szabó, 1985, 1993).
Elvétve a
felszínen is elıfordul az eocén korú Gánti Bauxit Formáció, néhány méteres, esetleg tízméteres vastagsággal (Bence, 1990). Kis kiterjedésben megtalálható a Csolnoki Formáció és a Dorogi Formáció is, ezeket a mellékelt földtani térkép (1. térkép) összevontan jelöli. A Dorogi Formáció agyagos, kıszenes, néhol bauxitos összlet, a Csolnoki Formáció szintén agyagos, de jellegeiben márgás képzıdmény (Császár, 1996). Az
oligocén
képviselıje
a
Hárshegyi
Homokkı
Formáció,
agyagos
közbetelepülésekkel, pár tíz méteres vastagsággal (Korpás, 1981). Miocén korú a Tinnyei Formáció és a Budafoki Formáció (Bence, 1990). Elıbbi meszes, mészhomokos jellegő, utóbbi homokos, laza homokköves.
A pannonban keletkezett Csákvári Agyagmárga
Formáció néhány kibukkanása is megfigyelhetı a területen (Jámbor, 1980). A földtani képet különféle negyedidıszaki képzıdmények teszik teljessé, mint például lösz és különféle lejtı, illetve folyóvízi üledékek. Szerkezeti mozgások következményekén számos vetıt találhatunk, amelyek a kutatások során fontos szerepet kaptak. Alapvetıen kétféle irányultságot figyeltek meg, egy ÉK-DNy és egy ÉNy-DK irányút. Korukat micén-pleisztocénnak jelölte meg Wéber (1989).
7
8
2.3. Korábbi eredmények összevetése a digtális térképfeldolgozással
Az elsıdleges vizsgálatok során feldolgoztuk a terület izogamma térképét. A földtani térképekkel azonos lefedettségő szelvényen az összgamma-intenzitás értékek 0 és 15 µR/h között vannak jelezve. Az elsı intervallum 0-3 µR/h, az ettıl nagyobb intenzitást jelzı izovonalak 1 µR/h lépésközzel következnek. A vizsgált területen 11 µR/h a legnagyobb érték, amely egyben az egész Közép-Magyarországi Régióban is a maximum. A statisztikai elemzések szerint a terület izogamma átlaga (3.8 µR/h) megegyezik a Közép-Magyarországi Régió átlagával, amelyet elızetesen kiszámítottunk. A térképen jól elkülöníthetı a négy nagy anomália terület, elsısorban triász mészkövön, dolmiton, valamint oligocén képzıdményeken (1. térkép).
3. ábra: A Nagy-Kopasz hegy és környékének vázlatos ábrázolása összevetve összgamma intenzitással, 30 fokkal keletre elforgatva, négyszeres túlmagasítással, sötét színnel az anomália területek
9
10
Azért, hogy pontosan megállapíthassuk az anomáliák forrását, digitálisan feldolgoztuk a terület tórium, urán, kálium koncentráció térképeit.
Elsı ránézésre is egyértelmőnek
látszódott a tórium fontos szerepe (3. térkép, Th-koncentráció). A tórium eloszlás térképen sötét színnel jelölt anomáliák egyértelmően korrelálhatók az izogamma anomáliákkal, amelyet már az 1960-as években is felfedeztek.
A tórium koncentráció, hasonlóan az
összgamma-intenzitáshoz, átlagban beleillik a régióba, kivéve az anomália területeket. 1956ban történt az elsı légi radiometriai mérés. Ekkor fedezték fel, hogy feltehetıen jelentıs anomália van a területen (Barabás et al. 1975). Az 1956-os légi mérések során kijelöltek egy 4,6 km2 területő kutatási zónát és helyszíni mérésekkel próbálták lokalizálni az anomália pontos helyét (Wéber, 2002). A kutatások az általunk is felhasznált térképek elkészülte után kaptak új erıre. Az 1965-ben készült légi radiometriai mérés során jelentıs elırelépés történt. A tórium-anomáliák közvetlen földtani kapcsolatát a nyolcvanas évek végére meghatározták (Wéber, 1989), amelyeket a digitális térképek és adatsorok felhasználásával mi is megerısíthettük. Eszerint az anomáliák elsısorban a triász dolomitok és mészkövek felszínén jelezhetık. A földtani térképet összevetettük a tórium és összgamma intenzitási térképekkel egy digitális analizálási eljárás során.
Az eredmények szerint 68%-ban triász, 22%-ban
oligocén képzıdményen található anomália (1., 2., és 3. térképek) lejtıüledékeken és egyéb képzıdményeken fordul elı. hibahatáron belül magyarázható.
A maradék 10%
Úgy véljük ez az érték bıven
Már a kutatások elején két fúrás létesült a területen,
amelyek 65-154 m (talp) és 32-63 m között egy biotitból álló, alkáli bázisos, ultrabázisos kızetet harántoltak (Gerzson-Wéber, 1960). Besorolása jelenleg Budakeszi Pikrit Formáció néven elfogadott, errıl azonban tudni kell, hogy valójában a fı anomáliát okozó lamprofírként azonosították (Dudko, 1984). A kızet vizsgálatai során egyértelmően bebizonyosodott annak jelentısége. Helyzetük bizonytalan, koruk felsı-kréta, esetleg alsó-eocén (pl. Horváth et al., 1983; Horváth-Ódor, 1984; Szabó, 1985;). Az anomáliák köthetık a kızetekben elıforduló törésekhez, valamint pár 10 cm-es zónákhoz is. A másodlagosan kialakuló zónák sárgás, néhol vöröses, elsısorban agyagos jellegőek, igazodva a 40-70o-os rétegdılésekhez. Közvetlenül a triász képzıdményekre települı - feltehetıen - oligocén korú tarkaagyagban, valamint áthalmozott üledékként lejtıtörmelékekben, szintén agyagfrakcióban is megtalálható a másodlagos, valószínőleg a lamprofírból mállott tórium-tartalmú anyag (Wéber, 1989). Szerkezetföldtani elemzések (Wein, 1977) megállapították, hogy az anomáliák csapásvonalai szoros korrelációban vannak a hegység fı szerkezeti csapásvonalaival, irányuk ÉNy-DK.
Hasonló korrelációt eredményezett a mágneses mérésekkel is (Dudko, 1984), 11
egyben az is kiderült, hogy a mágneses frakciók tartalmazták mindig a legmagasabb tórium és RFF koncentrációkat (Wéber, 1982). Legnagyobb jelentısége a cheralit nevő ásványnak van (Gálné és munkatársai, 1988), amely a monacit csoportba tartozó trigonális rendszerő, nagy Th tartalmú ásvány. A késıbbi kutatások szükségessé tettek egy újabb légi radimetriai mérést, amely 1986ban meg is valósult, a földi mérések azonban nem folytatódtak komolyabb szinten (Wéber, 1989). 1990-ben felmerült az addigi ismeretanyag digitális feldolgozásának igénye (Wéber, 2002), amely megvalósulatlan maradt. Jelenlegi munkánkat a témában úttörı tevékenységet folytató Wéber Béla emlékének ajánljuk.
4. ábra: A Nagy-Kopasz hegy és környékének 3 dimenziós vázlatos ábázolása összevetve tórium koncentrációval, 30 fokkal keletre elforgatva, négyszeres túlmagasítással, sötétebb tónussal a nagy Thkoncentrációjú területek
12
13
Hasonló módszerrel feldolgoztuk az urán és kálium koncentrációkat ábrázoló térképlapokat is. A digitálisan feldolgozott térképeken látható, hogy nem meghatározó a terület urán és kálium koncentrációja. Az urán mindössze egy ponton éri el a közepes (8 ppm) értéket. Mindezt megmagyarázzák az 1986-os részletes felmérések regisztrátumai, amelyek szerint a tórium csúcsoknál urán koncentráció minimumok jelentkeznek, továbbá a többcsúcsos anomáliákat átlag alatti negtív értékek veszik körbe (Wéber-Géresi, 1987). Ez feltehetıen arra utal, hogy a mállási folyamatok során az urán eltávozott a rendszerbıl. A kálium koncentrációt ábrázoló lap az egyetlen, ahol a szerkesztık nem alkalmaztak színezési eljárásokat, a %-ban megadott koncentrációkat izovonalasan, egyes lépésközönként 0-6 % között ábrázolták. A kálium koncentráció eloszlása sok tekintetben meghatározó a légiradiometriai mérések során, ez esetben mégsem tekinthetı annak. A feldolgozott adatok alapján egyértelmően bebizonyítható, hogy a területi anomáliát a tórium okozza.
3. MINTAVÉTEL 3.1. A mintavételi helyszín leírása
Mintavételi területként a korábbi eredmények (Dudko, 1984) felhasználásával választottuk ki a Szarvas-árkot, mert olyan területen akartunk részletesebb vizsgálatokat folytatni, ahol jelentıs mértékő az észlelt radioaktív anomália. Többször is bejártuk a terepet, mivel elsı utunk alkalmával nem vizsgáltuk meg kellı figyelemmel a helyszínt és kevés mennyiségő mintát is vettünk. Ekkor még nem számítottunk arra, hogy a késıbbiekben tervezett vizsgálataink nagyobb anyagmennyiséget követelnek (egyes méretfrakciók radon- és toronexhaláció vizsgálata). A Budakeszi Erdı- és Vadgazdaságtól délkelet felé 200 méterre kezdıdı földúton indultunk el északi irányba.
Egy kerítés sarkát értük el 1 kilométer távolságra.
Ezen
átmászva közelítettük meg a Szarvas-árkot (1. térképen jelöltük). A Szarvas-árok mentén haladtunk
északi
irányba
továbbra
is,
közben
folyamatosan
mértük
a
gamma-
dózisteljesítményt. 2 kilométer megtétele után értük el a mintavétel helyét, amely az árok keleti oldalában van az ösvény szintje alatt 2 méterre (5. ábra). Itt a doziméter egyértelmően jelezte, hogy a korábban megfigyelt pontokhoz képest nagy radioaktivitású, körülbelül 100 m2-es területrıl van szó.
14
Egy négyzetháló pontjaiban megmértük a gamma-dózisteljesítményt az árok oldalában (eredményeit lásd 5.1. fejezet). A kiindulópont az árok legalján van egy kibukkanó dolomit sziklával egy vonalban, ez a K0M0 pont (5. ábra). Ettıl léptünk (Nagy Hédi lépéshosszával, ami észak felé, szintvonalban 150, kelet felé, felfelé 70 centiméter) kettıt észak felé az árok mentén és hármat felfelé, erre merılegesen az ösvény irányába (kelet). A keletre történı lépések kisebbek voltak a térszín körülbelül 700-os dılése miatt.
Minden pont külön nevet kapott: KiMj pont jelentése: i×2 lépés északra, j×3 lépés keletre (felfelé, az ösvény irányába).
K0
K2M4
K1M4
K2M3
MINTAK1M3
K0M3
K2M2
K1M2
K0M2
K2M1
K1M1
K0M1
K2M0
K1M0
K0M0
5. ábra: A mintavételezési helyszín
Az M3-as magasság az ösvény szintje alatt 2 méterrel található (5. ábra). Ebben a magasságban mértük a legnagyobb értékeket, itt a korábbihoz képest vízszintesen kétszeresre sőrítettük a mérési pontokat, hogy pontosítsuk ismereteinket a nagy radioaktivitású talaj helyérıl, kiterjedésérıl, poziciójáról.
15
3.2. A begyőjtött és felhasznált minták leírása
Több talajmintát vettünk a különbözı szinő és különbözı gamma-akivitású talajokból. A legnagyobb aktivitású helyrıl (K1-K2M3 pontok környékérıl) K1-et (K1M3 pont), K2-t (K2M3 pont) két zsákba győjtöttük kapával és kézzel. Ezek pozícióban és színben is kicsit különböznek egymástól (6. ábra). Folyamatosan mértük a dózisteljesítményt és ez alapján különítettük el a nagy Th tartalmú anyagot.
SZAA-K1: A talaj legfelsı, vöröses részét (kb. 5 centiméter) távolítottuk el elıször a K1M3 pont környékérıl, ez alatt bukkant fel a sárga szinő, finomszemcsés, agyagos frakciójú talajszint. Homogén, elsıre durvább frakciókat nem tartalmazó talajrétegként határoztuk meg. Több mint 4 kilogramm tömegő mintát győjtöttünk.
SZAA-K2: A K1 minta mellett, K2M3 pont felé haladva halványabb sárga, porózusabb anyag bukkant fel, amelynek a dózisintenzitása is kisebb. Külön győjtöttük a hasonlóan agyagos, homogén talajt. Több mint 4 kilogramm mintát vettünk innen is.
K2
K1
6. ábra: K1 és K2 minták származási helye
16
4. ALKALMAZOTT TECHNIKÁK ÉS VIZSGÁLATI MÓDSZEREK 4.1. Térképek ismertetése és a digitális feldolgozás folyamata
4.1.1. Légi radiometriai mérések a területen 1965-69 között Magyarország területének hozzávetıleg 40 %-át fedték le légi radiometriai és légi mágneses mérésekkel magyar-szovjet kivitelezésben.
A mérések a
egykori Mecseki Ércbányászati Vállalat (MÉV) és Központi Földtani Hivatal (KFH) megbízásából történtek. Az adatgyőjtés során -AN-2 típusú repülıgépet használtak- a repülési magasság 25 és 75 méter között változott, 180 km/h repülési sebesség mellett. A nehezen belátható helyeket többször berepülték a teljes feldolgozás érdekében.
A navigáció 1:50000 méretarányú
térképek segítségével történt, az adatgyőjtés analóg módon zajlott 0.6 s idıközönként. A méréseket egy négycsatornás spektrométerrel végezték. Az
általunk
elvégzett
kutatásban
egy
1965-ös
tematikus
légi-radiometriai
térképcsomagot használtunk fel (Tyhomirov, 1965), amely négy paramétert jelez külön térképlapokon. Ezek a következık: összgamma-intenzitás vagy izogamma (TC), ekvivalens tórium koncentráció (eTh), ekvivalens urán koncentráció (eU) és kálium koncentráció (K). Az alapként felhasznált térképek, mérési eredmények 1990 novemberéig államtitoknak minısültek, jelen munkához az Eötvös Loránd Geofizikai Intézet, valamint a Magyar Bányászati és Földtani Hivatal bocsátotta rendelkezésünkre egy szerzıdés alapján. A térképlapokon jelölve vannak az 1965-ös településhatárok, fontosabb útvonalak, valamint az adott paraméter izovonalas eloszlása.
4.1.2. Térképek digitális feldolgozása A digitális feldolgozást ESRI ArcGIS/ArcInfo 9.1 programmal végeztük és egyes vizsgálatokhoz Surfer 8.0 szoftvert alkalmaztuk. A felhasznált térképeket scannelve, képfájlok formájában kaptuk meg. Ahhoz, hogy digitális formátummá alakítsuk, elsı lépéseként a raszteres, azaz képpontokból (pixelekbıl) felépülı képeket georeferáltuk. A georeferálás során a térképet valós koordináta rendszerbe helyezzük, ismert koordinátájú pontok beillesztésével. A magyarországi gyakorlat alapján az 17
Egységes Országos Vetületi Rendszert (EOV) használtuk.
A referencia alappontokat az
Eötvös Loránd Geofizikai Intézet mérte fel, az egyértelmően azonosítható útkeresztezıdések alapján.
A referencia pontok hibáit automatikus korrigáló eljárással – rektifikációval –
egyenlítettük ki. Következı lépésként vektorizáltuk a térképeket.
Vektorizáláskor az azonos
tulajdoságú területeket, vonalakat, pontokat vektorok formájában rajzoljuk át, amely során a digitális kép egységeihez alfanumerikus adatokat kapcsolunk. számok, betők és speciális karakterek.
Az alfanumerikus adatok
Alapfeltételük, hogy alkalmasak legyenek
számítógépes adattárolásra, kódolásra. Az adatok és a térkép mint rajz összekapcsolódásával jön létre a valós digitális térkép.
ESRI-ArcGIS 9.1 térinformatikai szoftver ismertetése:
Az ArcGIS térinformatikai szoftver a digitális feldolgozás során több fájlt hoz létre. A legfontosabb a térkép grafikus megjelenítése shape (shp) fájlként.
Ehhez szorosan
kapcsolódik egy adatbázis (dbf) fájl, a kettı közti kommunikációt, illetve feldolgozhatóságot egyéb állományok teszik lehetıvé, amelyek automatikusan létrejönnek a használat során. A grafikus állomány állhat pontokból (point), vonalakból (polyline) vagy területekbıl (polygon).
A térképen pontként jelöltük a mintavételezés helyszínét, vonalakként a
szintvonalakat. Területi ábrázolást alkalmaztunk az azonos értékő egységeknél, valamint a településeknél. A digitális állományhoz rendelt adatbázisban a poligonok területét és azok értékét tüntettük fel.
2. Táblázat: Elvi attribútum adattábla
Adatformátum
ID (Sorszám)
Típus
Érték
Terület
Object ID
Geometry
Text
Float
Az összes feldolgozott térkép azonos területet fed le (EOV X: 240300-247900, EOV Y: 633000-640300). A digitalizálási folyamat során felhasználtunk egy talajtani és egy földtani térképet is, könnyítve az eloszlási és korrelációs elemzéseket.
A talajtani térkép a
magyarországi AGROTOPO digitális térkép és adatbázis kivágata (Bakacsi, 2008), a földtani térkép a MÁFI felmérésein alapul (Császár et al., 2005).
Mindkét térkép 1:100000
méretarányú.
18
4.2. Helyszíni mérések
A mintavételi helyen a négyzetháló pontjaiban a gamma-dózisteljesítményt mértük. A használt detektorok a gamma sugárzást detektálják és az idıegységenként kapható dózis nagyságát adják meg nSv/órában. A kétféle detektor különbözı energiájú gamma-fotonokra érzékeny, ezért különbözı értékeket adnak. Munkánk során Thermo FH 40G - L10 („belsı”) és FHZ612-10 („külsı”) detektort használtunk.
4.3. Geokémiai vizsgálatok
4.3.1. Szemcseméret eloszlás vizsgálat A mintákat beáztattuk desztillált vízzel több napra, hogy az összetapadt szemcsék szétváljanak. Naponta kétszer megkevertük a beáztatott talajt. Ezek után a mintákat hat tagú szitasoron rázógép segítségével leszitáltuk úgy, hogy folyamatosan desztillált vízzel öblítettük a szitasor legfelsı tagján megakadó szemcséket. A szitasor tagjainak résátmérıje: 2 mm, 1 mm, 0,5 mm, 0,25 mm, 0,125 mm, 0,063 mm
A nagyobb frakciókat a szitából szárítás után szedtük ki, mérleggel lemértük a tömegüket, majd üvegekbe helyeztük.
Sartorius Basic típusú
A legkisebb frakciót egy
vödörben tároltuk napokig, amíg leülepedett annyira, hogy a vizet leönthessük róla. Ezek után szárítottuk csak ki, de a tömegét nem mértük meg, csak kiszámítottuk, méghozzá úgy, hogy a beáztatott minta tömegébıl kivontuk a többi frakció tömegét. Az egyes frakciók össztömegébıl határozható meg a szemcseeloszlást.
4.3.2. Mikroszkópos megfigyelések A leszitált minta két frakciójából mikroszkóp segítségével, kis nagyítás mellett szemcséket válogattunk ki.
Az egyedi szemcséket ultrahangos rázatóba tettük, hogy a
felületükre tapadt kisebb mérető szemcsék eltávozzanak. A szemcséket lemostuk, majd egy elızetesen lecsiszolt üveglapra ragasztottuk, külön-külön a két frakciót.
A ragasztó
megszáradása után a mintákat elıször 500-as csiszolóporral kezdtük csiszolni.
A
ragasztóréteg lekopása után egyre finomabb csiszolóporra váltottunk. A szemcsék feltáródása 19
után a mintákat gyémánt- vagy Al-pasztával políroztuk, amíg mikroszkóp alatt, ráesı fényben megfelelınek látszott a felület az elektronmikroszkópos vizsgálatra. A szemcséket különkülön megnéztük ráesı fényben 10-szeres és 20-szoros nagyítás mellett, egy szemcsérıl készítettünk felvételt. A csiszolatokat Nikon CoolPIX E950 típusú fényképezıgéppel felszerelt Nikon Eclipse E600 Pol polarizációs mikroszkópon tanulmányoztam az ELTE Kızettani és Geokémiai Tanszékének Litoszféra Fluidum Kutató Laboratóriumában.
4.3.3. Pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálat A pásztázó elektronmikroszkóp kétféle képet tud készíteni: szekunder elektron képet, ami a felületrıl ad információt és visszaszórt elektron képet, amely az átlagos rendszám függvényében ad sötétebb (kisebb rendszám) vagy világosabb (nagyobb rendszám) árnyalatot. A keresett elem, a Th (és az U) nagy rendszámú, ezért mi a környezethez képest legvilágosabb részeket kerestük a visszaszórt elektron képen. A mikroszkóp az energiadiszperzív röntgenspektrométer segítségével röntgenspektrumokat tud felvenni az egyes pontokról. Ezek segítségével meghatározható az egyes pontok
elemösszetétele,
mivel
a
különbözı
elemek
az
elektronnyaláb
hatására
karakterisztikus röntgensugárzást bocsátanak ki, amely energiája jellemzı a kibocsátó elemre. Az elektronmikroszkópos vizsgálatokat a Kızettani és Geokémiai Tanszék Amray 1830 I/T6 típusú, EDAX PV 9800 energia diszperzív röntgen-spektrométerrel felszerelt pásztázó elektronmikroszkópján végeztük.
Az elemzések során 20 kV-os gyorsító
feszültséget alkalmaztunk, a primer elektronáram pedig 1-2 nA közötti volt. A vizsgálathoz az üveglemezeket vákuumgızölı segítségével 20 nm vastagságú szénréteggel vontuk be, hogy megfelelı vezetıréteg alakuljon ki rajtuk. Vizsgálataink során több visszaszórt elektron képet készítettünk és több spektrumot is felvettünk, amelyekbıl meghatároztuk az egyes pontok elemösszetételét százalékban.
A
spektrumok mennyiségi kiértékelései a mőszer standardmentes programjával készültek, ami magában foglalja a mátrixhatást kiküszöbölı ZAF-korrekciót is (Goldstein, 1992). Célunk az volt, hogy megtaláljuk a Th-ot tartalmazó anyagot, felvételeket készítsünk róla megfigyelve a méretét, valamint, hogy milyen elemekkel társul.
20
4.4. Fizikai mérések 4.4.1. Gamma spektroszkópiai mérések A gamma-sugárzás energiája alapján meghatározhatjuk az azt kibocsátó izotópot. A gamma-sugárzás detektálására alkalmas detektorok egy része mérni képes a sugárzás energiáját.
A gamma-foton a detektor anyagával három módon hathat kölcsön:
fotoeffektussal, Compton-szórással, párkeltéssel. Az izotópokat a fotoeffektus során leadott energia alapján határozzuk meg, ekkor a kölcsönhatás valószinősége a detektoranyag rendszámának ötödik hatványával arányos. A spektrumban a karakterisztikus energiáknál éles (100 eV széles), Gauss-görbe alakú csúcsokat detektálunk (fotocsúcsok). A csúcs pozíciója megadja az izotóp minıségét, a csúcs alatti terület pedig a tıle származó beütések számát (az izotóp abszolút mennyiségét). Bizonyos izotópok (például 226
Ra és
235
U) nagyon közeli energián bomlanak és egy csúcsban keverednek.
Ezzel
korrigálni kell. A csúcsba tartozó beütések számát arányosan el kell osztani az izotópok között. Az idıegység alatt beérkezı beütésszám alapján meghatározhatjuk az egyes izotópok aktivitását figyelembe véve a relatív gyakoriságot, valamint az adott energiára és adott geometriai elrendezésre jellemzı hatásfokot. Az adott energiához tartozó izotóp aktivitását a következı egyenlet írja le:
A = N / (t * ε * η), ahol A az aktivitás [Bq], N a mért beütésszám [db], t a mérési idı [s], ε a relatív gyakoriság (az izotóp bomlása során a fotonok hányad része kerül az adott energiájú csúcsba) és η a hatásfok.
A gamma-spektroszkópiai méréseket az Atomfizikai Tanszék GC1520 -7500SL típusú HPGe (nagy tisztaságú germánium) detektorával végeztük. Ez egy olyan félvezetı detektor, amely germánium egykristályból áll és a 100-2800 keV közötti gamma fotonok detektálására van beállítva. A mérési idıt az aktivitásnak megfelelıen választottuk meg. Az relatív gyakoriságot táblázatból kerestük ki (Nuclides 2000).
A hatásfokot CAMCOPR nevő programmal
határoztuk meg, amelynek megadtuk a mérési elrendezésre jellemzı geometria adatait, valamint a minta átlagos rendszámát és sőrőségét. Ez a program Monte-Carlo szimuláció 21
segítségével számolja ki a hatásfokot. A csúcs alatti terület és az aktivitás meghatározásához a spill_c2 programot használtuk. A K1 mintáról (összminta) és a szemcseméret frakcióiról gamma-spektrumokat vettünk fel két órás mérésekben. Az egyes K1-frakciókat külön-külön mértük le. A Thaktivitás meghatározása után összehasonlítottuk az egyes frakciók Th-tartalmát.
4.4.2. Radon- és toronexhaláció meghatározása A következıkben részletesen bemutatjuk elıször az exhaláció számításának módjait, a hozzá szükséges adatokat, majd a radon és toron koncentrációk meghatározásának elméleti alapjait, amelyek természetesen összefüggésben van az általunk használt mőszer mőködésével.
Az exhaláció számítása
A fajlagos radon, illetve toron exhaláció az adott talajra, illetve építıanyagra jellemzı mennyiség, amely megadja, hogy adott tömegő mintából hány darab radon vagy toron atom lép ki idıegységenként.
A fajlagos exhaláció mértékegysége: Bq / kg = db / s / kg.
Meghatározása azért fontos, mert jól leírja a különbözı anyagok radonkibocsátó képességét, amelyet a minta tömegén, az U és Th tartalmon kívül a porozitás, a permeabilitás, a nedvességtartalom (Breitner, 2002) és az aktív felület is befolyásol. Mérése két módszerrel is kivitelezhetı:
1. A mintát radonkamrába (csapokkal lezárható, 3,5 cm sugarú, 9,5 cm magasságú, henger alakú kamra) helyezzük és lezárjuk, majd megvárjuk, hogy a keletkezés (itt exhaláció) és a bomlás között kialakuljon az egyensúly. A kamrában zárt levegı aktivitása a feltöltıdési egyenlet szerint nı (7. ábra), a következı összefüggés szerint: A = E * ( 1 – e-λt ), ahol A az aktivitás [Bq], E az exhaláció [Bq = db/s], λ a bomlási állandó [1/s] és t az eltelt idı [s] (ludens.elte.hu/~akos/sflab).
Az egyensúly akkor áll be, amikor A = E a mérési hiba pontosságán belül. Ez akkor érvényes, amikor e-λt tag elhanyagolhatóvá válik. Ötszörös felezési idı után már kijelethetjük 22
ezt (7. ábra), legalább a mérési bizonytalanságnál nagyobb pontossággal, ezért radon esetében 5 * 3,82 nap ≈ 3 hét, toron esetében 5 * 55,6 másodperc ≈ 5 perc múlva már beállt az egyensúly, tehát már nem emelkedik az aktivitáskoncentráció a kamrában. Ekkor a kamrához csatlakoztatjuk a RAD7 radon monitort és megmérjük a kialakuló koncentrációt: Cmért [Bq/m3]. Korrekcióba kell venni a térfogat megnövekedésével járó felhígulást a következı, levezethetı egyenlet alkalmazásával:
Clevegı = Cmért + Cmért * Vdetektor/Vnettó – Cháttér * Vdetektor/Vnettó, ahol
Clevegı
a
kamrában
kialakuló
aktivitáskoncentráció
[Bq/m3],
Cmért
a
mért
3
aktivitáskoncentráció [Bq/m ], Cháttér a helyiségben lévı aktivitáskoncentráció, amely a detektorban és a csövekben is megtalálható [Bq/m3], Vdetektor a detektor és a csövek térfogata [m3] és Vnettó a detektor, a csövek és a kamra térfogata, kivonva a minta térfogatát [m3]. A kamrában lévı aktivitás [Bq] egyenlı lesz az aktivitáskoncentráció [Bq/m3] és a kamra nettó térfogatának [m3] szorzatával. Az aktivitás egyenlı az exhalációval, így az exhaláció a következıképpen számolható ki:
A = E = Clevegı * Vnettó, ahol E az exhaláció [Bq = db/s], Clevegı a kamrában kialakuló aktivitáskoncentráció [Bq/m3] és Vnettó a detektor, a csövek és a kamra térfogata, kivonva a minta térfogatát [m3]. Ebbıl a minta tömegének figyelembevételével számolhatjuk a fajlagos radon, illetve toron exhalációt.
2. A radonkamrát a minta behelyezése után várakozási idı nélkül a radon monitorhoz kapcsoljuk és a feltöltıdést figyeljük. Ebben az esetben a mérhetı koncentráció kezdetben egy egyenes mentén fog növekedni.
23
Ak tiv itás koncen tráció (Bq/m3 )
Ex haláció
V
21 nap Idı (nap)
7. ábra: A radon feltöltıdése
A mérés során kapott aktivitáskoncentráció értékekre egy egyenest illesztünk úgy, hogy az Y tengelyt a háttér aktivitáskoncentrációjánál metssze. Az egyenes meredekségébıl t = 0-nál kiszámolható az exhaláció:
m = E * λ / Vnet → E = m * Vnet / λ, ahol m az egyenes meredeksége [Bq/m3/s], E az exhaláció [Bq = db/s], λ a radon bomlási állandója [1/s] és Vnet a feltöltıdı térfogat (detektor, csövek, kamra térfogata – minta térfogata) [m3].
Ebben az esetben a háttér aktivitáskoncentrációját nullának vesszük, mert nagy radon exhalációjú (>20 kBq) minták esetén ez jól közelíti a valóságot. Fontos, hogy csak ilyen minták esetén alkalmazható jól ez a módszer. A toron exhalációjának meghatározására szükségtelen ez utóbbi módszert alkalmazni, mivel - amint azt már korábban leírtuk - a kamrában az egyensúly öt perc alatt beáll és ennek a t = 0 körüli felfutását nem tudjuk kimérni.
24
Munkánk során mi az elsı módszert alkalmaztuk, mivel mintáink radon exhalációja várhatóan nem elegendıen nagy a második módszer alkalmazásához.
A koncentráció mérésének alapjai
A koncentráció mérés során az. 8. ábrán bemutatott elrendezést alkalmazzuk:
Szûrõ RAD7
páralekötõ 8. ábra: A mérési elrendezés
A radonkamrából kiáramló levegı (8. ábra, nyíl) egy páralekötın áramlik át elıször, itt a levegı megszabadul páratartalmától.
A detektorba lépés elıtt a szőrı megfogja a
porszemcséket és a rájuk tapadt radon, illetve toron leányelemeket, így csak gázok: a radon és a toron tud bejutni a detektorba. A RAD7-ben keletkezı és elbomló izotópokat detektáljuk. Meg kell még vizsgálnunk a radon, illetve toron leányelemeinek alfa-bomlását és azok idıfüggését, mert az aktivitás-koncentrációt ezek alapján határozzuk meg a RAD7 segítségével (amelynek a mőködését a következı alfejezetben tárgyaljuk). A detektorban mérés közben a leányelemek alfa-aktivitása az idıben a következıképpen változik konstans radon- és toronkoncentráció mellett a bomlási sor differenciálegyenleteinek analitikus megoldása alapján (9-10. ábra).
25
Soros bomlás izotópjainak aktivitása Radon
aktivitás (%)
100 222Rn
80 60
218Po - A
40 214Po - C
20 0 0
2
4
6
idı (óra) 9. ábra: A radon leányelemeinek alfa-aktivitása
Soros bomlás izotópjainak aktivitása Toron
aktivitás (%)
100
220Rn
80 216Po - B
60 40
212Bi - A
20
212Po - D
0 0
20
40
60
80
idı (óra) 10. ábra: A toron leányelemeinek alfa-aktivitása
9-10. ábra: A radon és a toron leányelemei által kibocsátott alfa részecskék mennyiségének változása az idıben (elméleti ábrázolás a felezési idık alapján) A radon aktivitáskoncentrációját a leányeleme, a 218Po által kibocsátott alfa-részecskék segítségével határozzuk meg (RAD7 RADON DETECTOR Owner's Manual). Ez a Po izotóp 15 perc alatt felveszi a radon aktivitásának értékét, mert a felezési ideje 3 perc körül van és így (5*3 perc =) 15 perc alatt beáll a szekuláris egyensúly a radon és a 218Po között. A mérés elsı 15 percének adatát el kell hanyagolnunk, emiatt a többi átlagával kell számolnunk. A toron koncentrációk meghatározására a
216
Po izotóp bomlásaiban keletkezı alfa-részecskéket
használjuk fel (RAD7 RADON DETECTOR Owner's Manual).
A szekuláris egyensúly
26
beállásához ebben az esetben kevesebb mint egy másodperc elegendı, mert a
216
Po felezési
ideje 0,145 másodperc. Megfigyelhetı a toron leányelemek aktivitásainak ábráján (10. ábra), hogy a 212Bi és a 212
Po aktivitása az idıben hogyan változik az említett számítások szerint. Mindezeknek jelen
dolgozat szempontjából kiemelt jelentısége van, hiszen ezek az izotópok okozzák a késıbbiekben tárgyalandó problémát.
11. ábra: A toron bomlása
A
212
Bi aktivitása közel a
Ugyanez elmondható a
212
Pb felezési idejének (10,64 óra) megfelelıen fut fel.
212
Po izotópról is. A
212
Bi 64,06%-os valószínőséggel bomlik
212
Po
izotóppá, 35,94%-os valószínőséggel α-bomlással bomlik (ez került a 10. ábrára) 208Tl-á. Az elágazási arány jól megfigyelhetı: a harmadáig, a
212
Bi aktivitása a
216
Po aktivitásának körülbelül
212
Po aktivitása kb. 2/3-áig emelkedik (az elágazási arány és a felezési idık
figyelembevételével).
A RAD7 mőködése
A felhalmozódó aktivitáskoncentrációt RAD7 radon monitorral mérjük. Ez a radon, illetve toron koncentrációk mérésére alkalmas mőszer. A beütésszámokkal párhozamosan a mőszer többek között méri a hımérsékletet, a páratartalmat, mindezekkel jelen dolgozatban nem foglalkozunk, mert nem tartoznak a vizsgálni kívánt problémához. A RAD7 egy olyan 27
Si-félvezetı detektort tartalmaz, amely a radon, illetve toron leányelemeinek bomlását detektálja és megkülönbözteti a kibocsátott alfa-részecskék energiája alapján. Az aktivitáskoncentrációt az elsı leányelemektıl származó beütések számának segítségével határozza meg, ezek radon esetében a 218Po, toron esetében a 216Po izotópok. A detektor a 0-10 MeV-es alfa-részecskéket tudja detektálni. 200 csatornába osztja a beütéseket az alfa-energia alapján, ezek mindegyike 0,05MeV-es energiasávot fog át. Négy ablakot figyelünk: az A, a B, a C és a D ablakot, amelyek 20-20 csatornát tartalmaznak (3. táblázat).
3. Táblázat: A RAD7 ablakaiba érkezı alfa-részecskék energiája, detektált izotópjai, az alfa részecskék energiája, valamint anyaelemei
energiatartomány
csatorna
A
108-128
5.40-6.40
Po218, Bi212
6.00, 6.05
radon, toron
B
128-148
6.40-7.40
Po216
6.78
toron
C
148-168
7.40-8.40
Po214
7.69
radon
D
168-188
8.40-9.40
Po212
8.78
toron
(MeV)
detektált izotóp
alfa-részecske
ablak
energiája (MeV)
anyaelem
A radon leányelemei az A (218Po) és a C (214Po) ablakban, a toron leányelemei a B (216Po) és a D (212Po) ablakban vannak detektálva (bomlási energiájuk szerint ide esnek). A 3. táblázatban az A ablakhoz odaírtuk a
212
Bi izotópot is, amely a toron egyik leányeleme.
Ennek a bomlási energiája (6,05 MeV) nagyon közel esik a 218Po bomlási energiájához (6,00 MeV), ezért a tılük származó beütéseket nem tudjuk megkülönböztetni. A
216
Po
212
Pb-má
bomlik alfa bomlással, ez kerül be a B ablakba (3. táblázat). A 212Pb béta bomlással alakul át 212
Bi-tá. A
212
Bi 35,94%-os valószínőséggel alfa bomlással alkul át (A ablak), 64,06%-os
valószinőséggel pedig béta bomlással keletkezik belıle
212
Po, amely szintén alfa részecskék
kibocsátásával alakul át (D ablak). A 218Po izotóp aktivitása a következıképpen becsülhetı: A csatorna beütései – D csatorna beütései / (212Bi béta bomlásának valószinősége/212Bi alfa bomlásának valószínősége). A RAD7 ebbıl adódóan alkalmaz egy beépített korrekciót: az A csatornába érkezı beütésekbıl kivonja a D csatorna beütéseinek a felét (64,06/35,94 ≈ 2, ez egy közelítés) és a kapott eredmény alapján határozza meg a radon koncentrációt (RAD7 RADON DETECTOR Owner's Manual). A RAD7, így egy kicsit kevesebb beütést von le a valóságosnál. 28
5. ANYAGVIZSGÁLATI EREDMÉNYEK 5.1. Helyszíni mérések eredményei
8
7 1300 1250 1200 1150 1100 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200
6
5
4
3
2
1
0 0
1
2
3
4
5
6
12. ábra: A belsı detektor mérései alapján készült térkép
29
8
7
1900 1800
6
1700 1600 1500
5
1400 1300 1200
4
1100 1000 900
3
800 700 600
2
500 400 300
1
0 0
1
2
3
4
5
6
13. ábra: A külsı detektor mérései alapján készült térkép
Az ábrázolt térképeken x- és az y-tengelyen a számok méterben, a színskála értékei nSv/órában értendık. A fekete keresztek jelölik a mérési pontokat: KiMj [ K0M0 (6, 0), K2M4 (0, 8) ] A térképek „természetes szomszéd” interpolációs eljárással készültek, Surfer 8 programmal. Az ábrákon megfigyelhetı, hogy az M3-as magasságban mértük a legnagyobb értékeket. A radioaktív anomália körülbelül 2 x 1 méter kiterjedéső, folyamatos átmenettel megy át a környezı talajba. Mindkét, általunk használt detektor egyértelmően jelezte a jelenlétét. A mélység szerinti kiterjedésrıl ezek az ábrák nem adnak információt, csak a felszíni kiterjedés figyelhetı meg.
30
5.2. Geokémiai vizsgálatok
5.2.1. Szemcseméret eloszlás vizsgálat eredménye Mindkét mintából 7 frakciót kaptunk: •
K1F1 és K2F1: >2 mm
•
K1F2 és K2F2: 1-2 mm
•
K1F3 és K2F3: 0,5-1 mm
•
K1F4 és K2F4: 0,25-0,5 mm
•
K1F5 és K2F5: 0,125-0,25 mm
•
K1F6 és K2F6: 0,063-0,125 mm
•
K1F7 és K2F7: <0,063 mm
Ezek tömegébıl számolt eloszlások: K1 szemcseeloszlása 3% 2% 12%
2% 6% 6%
69%
2mm< 1<x<2mm 0.5<x<1mm 0.25<x<0.5mm 0.125<x<0.25mm 0.063<x<0.125mm <0.063mm
14. ábra: K1 minta szemcseeloszlása
K2 szemcseeloszlása 3% 2% 13%
2%
2mm< 1<x<2mm 0.5<x<1mm
6% 67%
7%
0.25<x<0.5mm 0.125<x<0.25mm 0.063<x<0.125mm <0.063mm
15. ábra: K2 minta szemcseeloszlása
31
A minták közepesen-jól osztályozottak, szemcséinek nagy része a legkisebb frakcióba tartozik. A 14. és 15. ábrán látjuk, hogy a két minta szemcseeloszlása alig tér el egymástól. A mikroszkópos vizsgálatokkal csak a K1F2 és K1F5 frakciók szemcséit néztük meg, de a gamma-spektroszkópiai és radonkamrás mérések esetén minden frakciót megmértük.
5.2.2. Mikroszkópos vizsgálatok eredményei
16. ábra: K1F2 frakció mikroszkópi felvétele
A késıbbiekben is errıl a szemcsérıl mutatunk be képeket, ezért választottuk most is ezt. Az 16. ábrán szabálytalan alakú, kékesszürke, átalakult vas-oxid szemcséket láthatunk, agyagos törmelékkel a környezetében.
5.2.3. Pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálat eredménye Célunk a Th forrásásványának megtalálása volt. Két frakcióból válogattunk ki szemcséket: a K1F2 és a K1F5-bıl. Ezek eredményeit külön tárgyaljuk.
32
K1F2 elektronmikroszkópos vizsgálat eredménye:
17. ábra: Nagy tóriumtartalmú szemcsék (fehér foltok) elektronmikroszkópos felvétele
33
18. ábra: Th tartalmú ásvány (fehér szemcse) elektronmikroszkópos felvétele
19. ábra: Tórium tartalmú ásvány (fehér szemcse) vas-oxid mártixban
34
20. ábra: Vas-oxid spektruma
21. ábra: A tórium tartalmú ásvány spektruma
Az elemzésre 30 db szemcsét választottunk ki. Ezek közül három darab olyan részben kristályos szemcsét találtunk, amely tartalmazott Th-ot. A Th-tartalmú ásványok csoportosan jelennek meg a vas-oxid mállottabb részeiben és agyagos fázisokba ágyazódva (16-19. ábra). Méretük 10 µm körüli, formájuk kerekded, 35
bekérgezésnek tőnnek (18. ábra).
Kis méretük miatt várhatóan a legkisebb frakcióban
önállóan is megjelennek, de ezt nem tudtuk vizsgálni. Az agyagos fázishoz jobban kötıdnek, de a vas-oxid kipergési üregeiben is megtalálhatók. Meg kell jegyeznünk, hogy a készített spektrumok nem mutatták ki az U jelenlétét.
4. Táblázat: A Th-tartalmú ásvány spektrumából számított elemeloszlás
OXID
TÖMEG %
+/- 2 SZIGMA
P2O5
39,24
0,51
CaO
16,91
0,26
TiO2
0,08
0,00
FeO
3,44
0,10
PbO2
1,91
0,10
Nd2O3
3,02
0,10
Th2O3
35,40
0,41
K1F5 elektronmikroszkópos vizsgálat eredménye:
Harminchat szemcsét vizsgáltunk meg, ezek közül mindössze egyben találtunk Th-ot tartalmazó fázist, errıl mutatunk be képet.
22. ábra: Th-ásványt (fehér szemcse) tartalmazó vas-oxid
36
5.3. Fizikai mérések
5.3.1. Gamma spektroszkópiai mérések eredményei A Th-aktivitást a
232
Th bomlási sorában lévı
228
Ac 911,3 keV-es csúcsa alapján
határoztuk meg a mérési módszerek fejezetben leírt képlet segítségével.
A Th-aktivitás
alapján a következı összefüggés szerint határoztuk meg a ppm-ben vett koncentráció értékeket: 1 Bq/kg of 228Ac = 246 ppb 232Th (http://hepwww.rl.ac.uk/UKDMC/Radioactivity/useful.html)
A K1-frakciókra kapott értékek:
5. Táblázat: A K1-frakciók fajlagos aktivitása és Th-koncentrációja
Minta neve
fajlagos aktivitás
relatív hiba
Th-konc.
relatív hiba
(Bq/kg)
(Bq/kg)
(ppm)
(ppm)
K1
862.2
14
212
3
K1F1
496.6
18
122
4
K1F2
684.3
21
168
5
K1F3
800
23
197
6
K1F4
515.9
18
127
4
K1F5
305.9
14
75
3
K1F6
326.9
14
80
3
K1F7
1441.2
27
355
7
Az eredmények szerint az F7-es és az F3-as frakció tartalmazza a legtöbb Th-ot, szám szerint az F7-es frakció 355 ppm-et, az F3-as pedig 197 ppm-et. Ezek az értékek az agyagos üledékekre jellemzı átlagnál (12 ppm) több, mint egy nagyságrenddel nagyobbak (Turekian, Wedepohl, 1961).
37
5.3.2. Radon és toron exhaláció meghatározása
A meghatározási kísérlet során felmerült probléma háttere A probléma a SZAA-K1 minta radon exhalációjának meghatározása során lépett fel elıször. A mérési ciklust 15 percre állítottuk a mőszeren. Ez azt jelenti, hogy a mőszer 15 percig számolja a beütéseket és az idıegység alatti beütésszám (218Po és határozza meg a koncentrációt. aktivitáskoncentrációt.
216
Po) alapján
Egy napig mértük a radonkamrában felhalmozódó
Azt tapasztaltuk, hogy a mérés ideje alatt a mőszer által
meghatározott koncentráció folyamatosan emelkedik, amíg a hiba nagysága, illetve aránya is folyamatosan nı (23. ábra). Ez ellentétben áll azzal a feltevéssel, hogy a radon koncentráció egyensúlyban van.
aktivitás-koncentráció (Bq/m3)
Rn aktivitás-koncentráció 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0
5
10
15
20
25
idı (óra)
23. ábra: A K1 minta feletti térben felhalmozódó aktivitás-koncentráció növekedését idı függvényében mutató diagram a mérés hibájának feltüntetésével
Ezek után ábrázoltuk az egyes ablakokba érkezı beütések számát, valamint a mőszer által számolt (lásd 4.2.2. fejezet, A RAD7 mőködése) 218Po izotópok aktivitását:
38
beütés (db)
Egyes ablakokba érkezı beütések + 218Po beütések 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
A - Po 218, Bi 212 B - Po 216 C - Po 214 D - Po 212 Po 218
0
5
10
15
20
25
idı (óra) 24. ábra: Az egyes ablakokba érkezı és a RAD7 által meghatározott 218Po beütések
Látható, hogy a RAD7 által számolt 218Po beütések száma az idıben 100db/15perc-rıl 200db/15perc-re emelkedik (24. ábra). Mivel a koncentrációt a mőszer ez alapján határozza meg, az aktivitás koncentráció emelkedése érthetıvé válik (23. ábra) és láthatjuk, hogy a mőszerbe táplált korrekció nem tökéletes.
A probléma megoldása
A radon exhalációt nem határozhattuk meg a RAD7 által kiírt aktivitás-koncentráció értékek alapján. Megoldást kellett találnunk a problémára. A következıkben megnéztük, hogy a pontos 212Bi elágazási aránnyal számolva (64,06 / 35,94 = 1,78), kapunk e emelkedést. Azt tapasztaltuk, hogy az idıbeli emelkedés lecsökkent, de nem szőnt meg.
Több osztót is kipróbáltunk.
Empírikus tapasztalatok alapján a
legtökéletesebb eredményt akkor kapjuk, ha a D ablak beütéseit 1,61-el osztjuk, az ekkor kapott beütésszámok jól fedik a
214
Po beütéseit (a
214
Po a
218
Po-ból keletkezik, tehát az
egyensúly beállta után – ami jelen esetben fent áll – beütésszámaiknak meg kell egyezni).
39
Az egyes korrekciós faktorok összehasonlítása (számolt) beütés (db)
300 250 A-D/2 A-D/1,78
200 150
A-D/1,61
100
C - Po 214
50 0 0
5
10
15
20
25
idı (óra) 25. ábra: Az egyes korrekciós faktorok összehasonlítása (2: mőszer által használt, 1.78: elméleti, 1.61: empirikus korrekciós faktor)
A radon koncentrációk meghatározása során nem fogadhattuk el a mőszer által meghatározott radonkoncentrációkat még a mérés elsı pontjaiban sem, mert a többnyire rövid idejő mérések ellenére a minták egymást zavarhatták az egymás utáni mérésük miatt. A korábban mért minta által kibocsátott toron leányelemei a detektor térfogatában maradnak és növelik az A és D ablak beütéseit is az éppen mért minta toronexhalációjával nem arányosan. A következıképpen számoltunk: Kiszámoltuk a 218Po beütéseket a korábban tárgyalt módon: 218
Po beütések = A ablak beütései – D ablak beütései / 1,61,
majd több mérés segítségével meghatározott kalibrációs egyenes alapján számoltuk ki a radonkoncentrációt (Cmért). A kalibrációs egyenest úgy kaptuk meg, hogy a mőszer által alkalmazott 2-es osztóval meghatároztuk a 218Po beütéseket, majd megnéztük, hogy egységnyi beütéshez mekkora aktivitás-koncentrációt rendel a RAD7. Ennek eredménye szerint 15 perc alatt beérkezı 1 db
218
Po által kibocsátott alfa-részecske 9,22784 Bq/m3 aktivitás-
koncentrációt jelent. Radon aktivitás-koncentráció = 218Po beütések * 9,22784 40
Frakciók radon és toron exhalációja
A szitálásból kapott frakciókat külön-külön radonkamrába helyeztük és megmértük. Radonexhalációt csak azon minták esetén tudtunk számolni, amelyeket 3 hétig bent hagytunk a kamrában, erre nem volt minden esetben lehetıségünk.
6. Táblázat: Az egyes frakciók radon és toron exhalációja (A mőszer 10%-os hibával dolgozik, ezt most nem tüntettük fel a táblázatban)
minta neve
fajlagos radon exhaláció (Bq/kg) fajlagos toron exhaláció (Bq/kg)
SZAA-K1
8.60
260.81
SZAA-K1F1
5.70
63.06
SZAA-K1F2
6.30
89.00
SZAA-K1F3
8.60
122.85
SZAA-K1F4
5.20
79.92
SZAA-K1F5
2.60
48.08
SZAA-K1F6
2.90
48.99
SZAA-K1F7 SZAA-K2
175.55 6.90
209.59
SZAA-K2F1
25.24
SZAA-K2F2
108.68
SZAA-K2F3
125.90
SZAA-K2F4
100.22
SZAA-K2F5
73.35
SZAA-K2F6
64.51
SZAA-K2F7
183.36
A legnagyobb fajlagos exhaláció értékeket a legkisebb szemcsemérető, F7-es frakció adja. Elmondható továbbá, hogy mindkét minta esetében az F3-as frakcióhoz (0,5-1 mm) köthetı a második legnagyobb radon és toron exhaláció (5. táblázat). A toron exhalációk esetén megfigyelhetjük, hogy a K1 minta sokkal nagyobb értéket mutat, mint a leszitált K1frakciók, mindez hasonlóképpen a K2 mintáról is elmondható (5. táblázat). Érdekesség, hogy a K2-frakciók esetén mérhetı értékek nagyobbak, a K1-frakciók értékeinél, pedig a K1 mintának nagyobb az exhalációja a K2-nél. 41
További felmerülı kérdések
A mérések során minden alkalommal azt tapasztaltuk, hogy a D csatorna beütései nem a B csatorna beütéseinek 64%-áig emelkednek a mérési idı elırehaladtával, hanem szinte ugyanazt az értéket veszik fel (26. ábra).
K1F1 - Egyes ablakokba érkezı beütések
beütés (db)
210 A - 218Po, 212Bi
160
B - 216Po
110
C - 214Po
60
D - 212Po
10 0
10
20
30
40
idı (óra) 26. ábra: K1F1 mérése során tapasztalt felfutások az egyes ablakokban
A RAD7-rıl mérés közben energia-beütés spketrumokat vehettünk fel (27. ábra). Ezt egy mérési ciklus végén érdemes megtenni, mert ekkor több beütést ábrázolhatunk. Az egyik mérés során a mérési ciklust 22 órára állítottuk, így 21 óra elteltével vettünk le egy spektrumot. Ennek a spektrumnak nagyon kicsi a statisztikus ingadozása, a nagy beütésszám miatt (27. ábra).
42
K1F1 21 órás spektrum a
Beütés
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 5.20
6.20
7.20
8.20
9.20
E (MeV)
27. ábra: K1F1 minta 21 órás mérése után levett spektrum (A fekete háromszögek az ablakok széleit jelölik, a szürke háromyzsögek az elméleti bomlási energiákat
Az 27. ábrán a fekete háromszögek jelölik az ablakok széleit (RAD7 RADON DETECTOR Owner's Manual), a szürke háromszögek pedig a táblázatokból kikeresett bomlási energiákat (www.nndc.bnl.gov/nudat2). A D csatornában látható csúcs formája és nagysága sem érthetı. Valószinőleg a tisztázatlan kérdések megoldásával magyarázható lesz az 1,78 helyett alkalmazott 1,61 tapsztalati érték helyessége.
43
6. DISZKUSSZIÓ A radon térkép kiindulópontjaként vizsgált Nagy-Kopasz hegy, radon szempontjából nem jelent potenciális veszélyforrást.
A Th koncentrációk egyes helyeken, például az
általunk vizsgált minták származási helyén is nagyságrendileg nagyobbak az átlagos Th értékeknél (5. táblázat), de valós veszélyt ez sem hordoz a terület lakatlansága és a toron felezési ideje miatt.
Munkánk alátámasztja a korábban készült térképek és vizsgálatok
eredményeit, amelyek szerint a Nagy-Kopasz hegy környékén
232
Th-tól származó radioaktív
anomália van a környezı területekhez képest. A digitális feldolgozást célirányos helyszíni mérések, mintavételezés, majd labormérések követték. A vizsgált anyag nagy Th-tartalmú talaj, amely az egyik megjelenési formáját reprezentálja a terület Th-tartalmú anyagainak. Elsıdleges célunk az volt, hogy megoldást találjunk a RAD7 mőködésében felmerült problémára. Az eredmények pontos hátterét még nem ismerjük, de meg tudjuk határozni a helyes radon-koncentráció értékeket nagy toron koncentráció mellett is:
CRn = 9,22784 * (A - D / 1,61), ahol CRn a radon aktivitás-koncentrációja, A az A ablakba érkezı beütések száma és D a D ablak beütéseinek száma. Ezt alkalmaztuk is mintáink vizsgálata során. Terepi méréseink alatt egy nagy radioaktivitású, 100 m2 nagyságú területet találtunk, ahonnan több mintát győjtöttünk.
A begyőjtött mintákat szitálással szemcsefrakciókra
bontottuk, majd a frakciókat külön vizsgáltuk. A szemcseméret eloszlás vizsgálata azt mutatta, hogy a gamma-intenzitás által elkülönített minták nem különböznek egymástól nagy mértékben, ennek ellenére bizonyos esetekben érdemes külön vizsgálni. A legnagyobb különbséget a 0,063 mm alatti frakció adta, ennek mennyisége 2%-kal több a nagyobb gamma-intenzitású mintában, de ez sem jelent lényeges eltérést. Mivel a radioaktív elemeket tartalmazó ásványok leginkább ebben a frakcióban találhatók meg, ez a két minta radioaktivitásának különbségére magyarázatot adhat. A pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálat során megtaláltuk a Th-ot tartalmazó ásványt - cheralitot -, amely [(Ce,Ca,Th,U)(P,Si)O4] elemösszetétellel írható le. Vas-oxid zárványaként, valamint vas-oxid melleti agyagos mátrixban fedeztük fel.
Eredményeink
összhangban vannak korábbi irodalmi utalasokkal, miszerint cheralit jelen van a terület
44
kızeteiben. Ez a monacit csoport tagjaként kis mennyiségben elterjedt magmás kızetekben, különösen a pegmatitos fázisban. Ellenálló voltánál fogva törmelékes üledékekben is gyakran megtalálható (Szakáll, 2005). A szemcsefrakciók gamma-spektroszkópiai mérése alapján kijelenthetjük, hogy a legnagyobb Th-tartalma a 0,063 mm alatti frakciónak, majd utána a 0,5–1 mm közötti szemcséknek van, továbbá azt is, hogy csak a 0,063 mm alatti frakciónak nagyobb az aktivitása az összmintánál. A radon és toron exhaláció mérések eredményei alapján elmondhatjuk, hogy a 0,5-1 mm közötti frakciónak a legnagyobb a radon kibocsátó képessége. Fontos megjegyezni, hogy a legkisebb frakció exhalációjának meghatározására nem volt elegendı idınk, de várhatóan ez bocsátaná ki a legtöbb radon atomot idıegység alatt, mert itt várjuk az U dúsulását is, ahogy a Th-ét is. A toron exhaláció mérések hasonló képet mutatnak: a 0,063 mm alatti szemcsék toron exhalációja a legnagyobb, de ezt a 0,5-1 mm nagyságú szemcsék követik.
Itt
megfigyelhetjük, hogy az összminta exhalációi minden esetben nagyobbak voltak a nedvesen leszitált mintáknál. Ezt a radioaktív anyagok vízben való kioldódása magyarázhatja. A Th tartalom és toronexhaláció összefüggéseként meghatároztuk a K1 minta és frakcióinak toronexhalációs együtthatóit:
Exhalációs együttható (%)
A K1 és K1-frakciók toronexhalációs együtthatója 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 K1F1
K1F2
K1F3
K1F4
K1F5
K1F6
K1F7
K1
K1 és K1-frakciók
28. ábra: Toronexhalációs együttható ábrázolása
Az 28. ábrán látjuk, hogy minden frakció 10 és 20 % közötti exhalációs együtthatóval rendelkezik, de ez az összminta (K1) esetében meghaladja a 30 %-ot. Ezek rendkívül nagy értékek radon esetében is, amelynek jóval nagyobb a felezési ideje. Régebbi vizsgálatokban (Breitner, 2006), csak 30 % alatti radonexhalációs együtthatók fordulnak elı.
45
Végül, de nem utolsósorban ábrázoltuk az egyes megmért minták toron- és radonexhalációinak arányát, amelyre csak alkalmazott korrekciós faktorunk segítségével volt lehetıségünk:
toron- és radonexhaláció aránya
A K1, K2 és K1-frakciók toron- és radonexhalációinak aránya 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 K1F1
K1F2
K1F3
K1F4 K1F5
K1F6
K1
K2
K1, K2 és K1-frakciók
29.ábra: Toron- és radonexhaláció arányok
Az összminták (K1 és K2) esetében tapasztalt arányok 30 körüli értéket mutattak, de az összes leszitált minta kisebb értéket adott (10 – 20). Ez azt jelenti, hogy a mértékben távozott el a vízzel, mint a
226
232
Th nagyobb
Ra, talajmintánk esetében. Ez további geokémiai
vizsgálatokat igényel a Nagy-Kopasz hegy Th-anomáliájával kapcsolatban.
7. ÖSSZEFOGLALÁS •
Az 1965-ös légi radiometriai mérések alapján elkészült térképeket a Nagy-Kopasz hegy környékérıl digitálisan feldolgoztuk, elemeztük és összevetettük a korábbi szakirodalmakkal.
•
A digitális elemzések után helyszíni vizsgálatokat folytattunk, amelyek során nagy Th tartalmú talajt határoztunk meg.
•
A radonexhalációs méréssorozat alatt egy állandó technikai problémával találtuk szemben magunkat a RAD7 mőszerrel kapcsolatban a nagy toron-koncentráció miatt, amelyet egy általunk leírt korrekciós faktor használatával kiküszöböltünk. 46
•
A vizsgált talajminták 0,063 mm alatti és 0,5-1 mm közötti frakciói tartalmazzák a legnagyobb Th-koncentrációt.
•
A talaj frakciók toronexhalációs együtthatói 12 és 30 % között mozognak, amelyek nagy értéknek számítanak a régebbi mérések során tapasztalt radonexhalációs együtthatókhoz képest.
•
A toron- és radonexhalációk arányait megvizsgálva kijelenthetjük, hogy a
232
Th a
szitálás során használt desztillált vízzel jobban eltávozott, mint a 226Ra.
47
8. ABSTRACT
Experiences of thorium anomalies studies on the Nagy-Kopasz hill. – The RAD7 radon monitoring system’s functioning at large toron exhalation.
Nagy-Kopasz hill is situated 22 km west to Budapest. The area mainly consist by Triassic limestone, dolomite and Oligocene sediments. In the course of our project we would create the radon map of the Central Region of Hungary. By the first step we processed an air borne gamma map with four parts. These are: total gamma intensity (R/h), uranium concentration (ppm), thorium concentration (ppm) and potassium concentration (percentage). The maps were digitalised by GIS software called ArcGIS 9.1. Four anomaly territories has found by processing total gamma intensity map. To find the main source of unusual anomalies, thorium, uranium and potassium maps of the area have processed. We found, that the source is the large thorium concentration. We made some basic analysis and the field study has begun. According to the papers published on this field these anomalies are in a good correlation by structural lineaments and high magnetic formations. By mineralogical study large amount of iron oxide phases and Thbearing cheralite were determined. Based on our experiences thorium is present in the clayey soil, mainly in the smallest fraction. In the course of the study RAD7 radon monitor gave incorrect values for 222Rn-concentration because the high 220Rn-production of the samples analysed. We solved the problem by empirical correction. During the upcoming studies we are going to use these experiences for establishing better technological set up, and accommodate it for other territories.
48
9. KÖSZÖNETNYÍLVÁNÍTÁS Köszönetünket szeretnénk kinyílvánítani az LRG összes tagjának, köztük is elsısorban Nagy Hédinek, aki csákányozott helyettünk; Szabó Katának, aki segített a gammaspektroszkópiai méréseknél, Völgyesi Péternek, aki nélkülözhetetlen humorával tartotta bennünk a lelket és Berkesi Mártinak, aki hasznos tanácsokkal segítette munkánkat. Továbbá nagyon köszönjük családjaink segítségét, türelmét.
ÁBRA-, TÁBLÁZAT- ÉS TÉRKÉPJEGYZÉK 1. ábra: 238U bomlási sora ........................................................................................................................ 6 2. ábra: 232Th bomlási sora ...................................................................................................................... 6 3. ábra: A Nagy-Kopasz hegy és környékének vázlatos ábrázolása összevetve összgamma intenzitással, 30 fokkal keletre elforgatva, négyszeres túlmagasítással, sötét színnel az anomália területek................................................................................................................................................... 9 4. ábra: A Nagy-Kopasz hegy és környékének 3 dimenziós vázlatos ábázolása összevetve tórium koncentrációval, 30 fokkal keletre elforgatva, négyszeres túlmagasítással, sötétebb tónussal a nagy Thkoncentrációjú területek ........................................................................................................................ 12 5. ábra: A mintavételezési helyszín ....................................................................................................... 15 6. ábra: K1 és K2 minták származási helye........................................................................................... 16 7. ábra: A radon feltöltıdése ................................................................................................................. 24 8. ábra: A mérési elrendezés.................................................................................................................. 25 9. ábra: A radon leányelemeinek alfa-aktivitása ................................................................................... 26 10. ábra: A toron leányelemeinek alfa-aktivitása .................................................................................. 26 11. ábra: A toron bomlása .................................................................................................................... 27 12. ábra: A belsı detektor mérései alapján készült térkép .................................................................... 29 13. ábra: A külsı detektor mérései alapján készült térkép .................................................................... 30 14. ábra: K1 minta szemcseeloszlása .................................................................................................... 31 15. ábra: K2 minta szemcseeloszlása .................................................................................................... 31 16. ábra: K1F2 frakció mikroszkópi felvétele....................................................................................... 32 17. ábra: Magas tóriumtartalmú szemcsék elektronmikroszkópos felvétele ......................................... 33 18. ábra: Th tartalmú ásvány elektronmikroszkópos felvétele .............................................................. 34 19. ábra: Tórium tartalmú ásvány vas-oxidban ..................................................................................... 34 20. ábra: Vas-oxid spektruma................................................................................................................ 35 21. ábra: A tórium tartalmú ásvány spektruma ..................................................................................... 35 22. ábra: Th-ásványt tartalmazó vas-oxid szemcse ............................................................................... 36 23. ábra: A K1 minta feletti térben felhalmozódó aktivitás-koncentráció növekedését idı függvényében mutató diagram a mérés hibájának feltüntetésével ........................................................ 38 24. ábra: Az egyes ablakokba érkezı és a RAD7 által meghatározott 218Po beütések .......................... 39 25. ábra: Az egyes korrekciós faktorok összehasonlítása (2: mőszer által használt, 1.78: elméleti, 1.61: empirikus korrekciós faktor) ................................................................................................................. 40 26. ábra: K1F1 mérése során tapasztalt felfutások az egyes ablakokban .............................................. 42 27. ábra: K1F1 minta 21 órás mérése után levett spektrum (A fekete háromszögek az ablakok széleit jelölik, a szürke háromyzsögek az elméleti bomlási energiákat............................................................ 43 28. ábra: Toronexhalációs együttható ábrázolása.................................................................................. 45
49
1. Táblázat: A radon és a toron tulajdonságai ......................................................................................... 5 2. Táblázat: Elvi attribútum adattábla ................................................................................................... 18 3. Táblázat: A RAD7 ablakaiba érkezı alfa-részecskék energiája, detektált izotópjai, az alfa részecskék energiája, valamint anyaelemei ........................................................................................... 28 4. Táblázat: A Th-tartalmú ásvány spektrumából számított elemeloszlás ............................................ 36 5. Táblázat: A K1-frakciók fajlagos aktivitása és Th-koncentrációja ................................................... 37 6. Táblázat: Az egyes frakciók radon és toron exhalációja (A mőszer 10%-os hibával dolgozik, ezt most nem tüntettük fel a táblázatban).................................................................................................... 41
1. Térkép: A Nagy-Kopasz hegy és környékének fedett földtan térképe………......………….9 2. Térkép: A Nagy-Kopasz hegy és környékének összgamma intenzitás térképe………...….11 3. Térkép: A Nagy-Kopasz hegy és környékének ekvivalens tórium eloszlás térképe………14
50
IRODALOMJEGYZÉK BARABÁS A., KÓSA L., MAJOROS Gy. & WÉBER. 1975: A ritkaföldfémkutatás néhány földtani lehetısége Magyarországon. II. Országos Ritkafém Konferencia, Pécs. A Fémipari Kutató Intézet alkalmi kiadványa, Budapest. BENCE G., BERNHARDT B., BIHARI D., BÁLINT CS., CSÁSZÁR G., GYALOG L., HAAS J., HORVÁTH I., JÁMBOR Á., KAISER M., KÉRI J., KÓKAY J., KONDA J., LELKESNÉ FELVÁRY GY., MAJOROS GY., PEREGI ZS., RAINCSÁK GY., SOLTI G., TÓTH Á., TÓTH GY. 1990: A Bakony hegység földtani képzıdményei [Geology of Bakony Mountains (Hungary)]. Magyarázó a Bakony hegység földtani térképéhez 1:50 000. — Magyar Állami Földtani Intézet, Budapest, 119 p. BREITNER D. 2002: Potenciális radonanomália vizsgálat Tápiószentmárton környékén, TDK dolgozat BREITNER D. 2006: A Hollola eszkeren végzett komplex radonforrás vizsgálat: egy finnországi esettanulmány, Diplomadoldozat CSÁSZÁR G. szerk. 1996: Magyarország litosztratigráfiai alapegységei. Kréta. — Magyar Állami Földtani Intézet, Budapest, 163 p. DUDKO ANTONYINA 1984: Magmás képzıdmények kutatása mágneses módszerrel Nagykovácsi környékén GÁLNÉ SOLYMOS K., NAGY B.-né, PUSKÁS Z. 1988: Különbözı ásványszemcsék ritkaföldfém, niobium és egyéb elemtartalmának vizsgálata, valamint a szemcsék ásványtani meghatározására. ELTE Kızettan-Geokémiai Tanszék. Kutatási jelentés. MÉV KMÜ Adattár. Kézirat GERZSON I., WÉBER B. 1960: Zárójelentés a Budai hegységben Nagykovácsi környékén 1956-57-58 években végzett radioaktív nyersanyagkutatásról. MÉV KMÜ Adattár. Kézirat GOLDSTEIN, J. I. 1992: Scanning Electron Microscopy and Microanalysis. 2nd Edition – Plenum Press, New York, London, 1992 HAAS J. szerk. 1993: Magyarország litosztratigráfiai alapegységei. Triász. — Magyar Állami Földtani Intézet, Budapest, 278 p. HAAS J. szerk. 2004: Magyarország geológiája. Triász. — ELTE Eötvös kiadó, Budapest, 384 p. HORVÁTH I., DARIDÁNÉ TICHY M., ÓDOR L. 1983: Magnezittartalmú dolomitos karbonatit (Beforsit) telérkızet a Velencei-hegységbıl. Földtani Int. Évi Jel. Az 1981 évrıl, pp. 369-388 HORVÁTH I., ÓDOR L. 1984: Alkaline ultrabasic rocks and associated silicocarbonatites in the NE part of the Transdanubian Mts. (Hungary). Mineralia Slovaca, 16 (1), pp. 115-119. 51
JÁMBOR Á. 1980: A Dunántúli-középhegység pannóniai képzıdményei. (Pannonian in the Transdanubian Central Mountains.) — Mőszaki Könyvkiadó, Budapest, 259 p. KORPÁS L. 1981: A Dunántúli-középhegység oligocén–alsó-miocén képzıdményei. — A Magyar Állami Földtani Intézet Évkönyve LXIV, 140 p. KÖTELES, GY. 1994: Radon a környezetünkben, Fizikai szemle 1994/6 NUCLIDES 2000 RAD7 RADON DETECTOR Owner's Manual SZABÓ, Cs., KUBOVICS, I. and MOLNÁR, Zs. 1993: Alkaline lamprophyre and related dyke rocks in the NE Transdanubia, Hungary: The Alcsutdoboz-2 borehole. Mineralogy and Petrology, 47, 27-148 SZABÓ CS. 1985: Xenoliths from Cretaceous lamprophyres of Alcsútdoboz-2 borehole, Transdanubian Central Mountains, Hungary. Acta Mineralogica-Petrographica, 27, 39-50. SZAKÁLL S. 2005: Ásványrendszertan, Miskolci Egyetemi Kiadó TYHOMIROV 1965: Légi-radiometriai térképcsomag, Pilis-Budai hegység. ELGI TURCZI G. 2007 (in ELEK I.): ArcGIS, Térinformatikai gyakorlatok – Eötvös kiadó,Budapest 18-47 p. WEIN Gy. 1977: A Budai hegység tektonikája, MÁFI alkalmi kiadvány, Budapest WÉBER B., GÉRESI Gy. 1987: Légi geofizikai mérések 1986-ban. MÉV KMÜ Adattár. Kézirat. WÉBER B. 1989: A budai-hegységi Th-anomáliák - Magyar Állami Földtani Intézet, Budapest 373-388 p. WÉBER B. 2002: A tórium földtani kutatása Magyarországon – Közleméynek a magyarországi ásványi nyersanyagok történetébıl XIII. Érckutatások Magyarországon a 20. században, 103-121 p. TUREKIAN, K.K. & WEDEPOHL, K.H. (1961): Distribution of the elements in some major unites of the Earth’s crust. – Bull. Soc. Geol. Amer. 72, 2., p. 175-191. http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ http://hepwww.rl.ac.uk/UKDMC/Radioactivity/useful.html Radonexhaláció vizsgálata, laboratóriumi gyakorlat, mérésleírás: http://ludens.elte.hu/~akos/sflab/
52
