Radon és bomlástermékei koncentrációjának meghatározása

1.3.1. A radon mérési módjai

1.3.1.1. A radon mérése közvetlen módon

Ebben az esetben a radonból származó alfa-részecske kerül mérési detektálásra, általában a bomlástermékekből (²¹⁸Po, ²¹⁴Po) származó alfa-részecskékkel együtt, amit a radon-koncentrációjának kiszámítása során figyelembe kell venni.

Az alfa részecskék detektálásának alapvető nehézsége a rövid hatótávolság. Ezért biztosítani kell azt a lehetőséget, hogy a radonból és leányelemeiből származó alfa-részecskék eljussanak a detektor felületére. Előnye a nagy fajlagos ionizációs képesség, amely így ha az alfa-részecske már bekerült a detektor érzékeny terébe, akkor ott energiáját leadja, vagyis 100%-os valószínűséggel kölcsönhatásba lép a detektor anyagával. [7.]

1.3.1.2. A radon mérése közvetett módon

Radon aktivitás koncentrációjának meghatározása ekkor a bomlástermékeinek kibocsátott alfa-, béta- gamma-sugárzásának detektálása alapján történik. Ezt csapdázási módszernek is hívják, mivel a mérés azon alapul, hogy a gáz halmazállapotú radonból keletkező szilárd fém bomlástermékek bizonyos eljárással egy adott felületen felfoghatók, majd egyszerűen mérhetők. Ilyen eljárás lehet a leányelemek nagyfeszültségű térrel való elkülönítése, az aktívszenes, és a két filteres eljárás.[7., 41., 42.]

1.3.2. Radon mérési módszerek

A radonkoncentráció az időjárástól és az évszakoktól függően, de még a különböző napszakokban is változik. Attól függően, hogy átlagterhelést akarunk mérni vagy a folyamat dinamikájának követése a cél, különböző detektálási módszerek között választhatunk.

Ezek három csoportba sorolhatók:

 pillanatnyi mintavételes módszer

 folyamatos mérés

 integrális mérés

1.3.2.1. Pillanatnyi mintavételes mérési módszer

Ezzel a módszerrel általában csak tájékoztató jellegű adatokhoz lehet jutni, hiszen egy szoba légterének, vagy forrás vizének radon-koncentrációja folyamatosan változik, ezért jelen módszer a radon előfordulásának nagyságrendi behatárolására lehetséges. Erre a célra leggyakrabban a Lucas cellával felszerelt eszközöket használják.

1.3.2.2. Folyamatos mérési módszer

Az ún. folyamatos mérési módszer alkalmazásakor már adatok nyerhetők a radon napi változásait illetően. Ez általában óránkénti átlagokból áll, de más időbeli

átlagok alkalmazása is előfordulhat. Hosszú távú (egész éves) mérésekre ritkán alkalmazzák, mivel az ekkor alkalmazott mérőeszközök igen költségesek. Erre a célra félvezető detektorral, ionizációs kamrával, szcintillációs cellával felszerelt eszközök használatosak.

1.3.2.3. Integrális mérési módszer

Ekkor a kiválasztott mérési ponton kerül elhelyezésre a radon detektor, és hosszabb időn keresztül (több hétig, hónapig) gyűjti a radontól származó változásokat.

A mérési periódus végén a detektorokat összegyűjtése és kiértékelése következik. A kiértékelés során kapott eredmény arányos a mérési időszak alatt a detektor terébe jutó radon-koncentráció időintegráljával.

Az integrális radon mérések kiküszöbölik a pillanatnyi mintavételen alapuló mérések legnagyobb hátrányát, az időbeli változást. Mindazonáltal az integrális radon mérések eredményei is jelezhetnek szezonális ingadozásokat.

Az integrális radon mérések céljára az olyan detektorok jöhetnek szóba, amelyek nagyszámban kihelyezhetőek és felügyelet nélkül hagyhatók, következésképpen kisméretűek, olcsók és egyszerűek. A legelterjedtebben használtak ilyen célra a nyomdetektorok, illetve az elektret detektorok.

1.3.3. Alkalmazható detektorok

1.3.3.1. Szcintillációs rendszer

A Lucas-cella egy kamra, amelynek a belső felülete vékony ezüsttel szennyezett cink-szulfid réteggel van bevonva. A cellában bomló radon (és leánytermékei) által kisugárzott és a belső falat elérő alfa-sugárzás hatására a ZnS(Ag)-rétegben fényfelvillanás történik, amit a kamrával összekapcsolt fotoelektronsokszorozó mérhető elektromos jellé alakít át. A hátránya, hogy a leányelemek kontaminációja miatt a cella ismételt felhasználása csak a lecsengés ideje után lehetséges, és a ZnS-réteg felületén megkötődött hosszú felezési idejű radon leánytermék kontaminációja miatt a ZnS-réteg időnkénti cseréje is szükséges. [17.]

1.3.3.2. Ionizációs kamra

Az ionizációs kamránál nem kell speciális töltőgáz, a radon tartalmú levegő közvetlenül a kamrába kerül. Ezt a gyakorlatban diffúzióval, vagy átáramoltatással biztosíthatjuk. Fontos, hogy a kamrába csak a radon jusson be, a leányelemei legyenek kizárva. Ezt megfelelő szűrő feltéttel lehet biztosítani. Ez a módszer nagyon pontos, az érzékenység 0,5 Bq/m³ alá mehet. Mintavételes és folyamatos üzemben is alkalmazható, hátránya viszont, hogy drága. [43.]

1.3.3.3. Félvezető detektoros rendszer

Ezzel a rendszerrel történő mérés során a mérendő levegő általában szűrőn keresztül jut a mérőkamrába, a radon és leányelemeinek bomlása során keletkező alfa-sugárzás detektálható. Az összes alfa-impulzusszámból már számolható a radon-koncentráció, de egyes rendszereknél a jó felbontású spektrumból egy diszkriminátor kivágja a rövid felezési idejű ²¹⁸Po 6 MeV-es csúcsát, amit ezek után egy számlálóval regisztrálni lehet. Ez utóbbi megoldás előnye, hogy a radon-koncentráció változását aránylag gyorsan lehet követni. [6.]

1.3.3.4. Szilárdtest-nyomdetektor

Egy nemzetközileg elterjedt elnevezés és rövidítés: solid state nuclear track detector, SSNTD. A nyomdetektoros radon mérés során a detektort egy diffúziós kamrába helyezzük, ami folyamatosan gyűjti a radontól és leányelemeitől származó alfa-nyomokat.

A diffúziós kamra feladata az, hogy a nem kívánt leányelemeket távol tartsa a detektoranyagtól. Egyes megoldásokban maga a kamra anyaga a diffúziós szűrő, más detektortartóknál külön filter gondoskodik a leányelemek távoltartásáról. Ilyen alkalmazott filterek készülhetnek papírból, műanyagból és üvegszálból is.

A mérési idő lakótéri méréseknél általában 30-90 nap. A detektálás helyét gondosan kell megválasztani, mert egyes környezeti körülmények nagymértékben befolyásolhatják a kapott értékeket. A besugárzás végeztével a detektort el kell távolítani a kamrából, és radon mentes környezetben kell tartani feldolgozásig. Hogyha

a detektor a detektálás után hosszú ideig a diffúziós kamrában marad, akkor a kamra anyagába megkötődött radon (és leánytermékei) túlexponálja a detektoranyagot.

A mérőcellába jutott radon és leányelemeinek bomlása során keletkező alfa-részecskék a detektor anyagát roncsolják. A nyomok közvetlenül a mérési időszak után még nem láthatóak, azokat vegyi maratással kell láthatóvá tenni, maratószerként NaOH vagy KOH alkalmazható. A tömény lúg egyenletes sebességgel oldja a sértetlen detektorfelületet, de ahol az alfa-rész elroncsolta az anyagot, ott a maratási sebesség nagyobb. Ez a nyomok kitágulásához, megnövekedéséhez vezet, láthatóvá téve a mikroszkópos kiértékeléskor.

A következő lépés a nyomsűrűség, azaz a detektor egységnyi felületére jutó nyomok meghatározása, vagyis a nyomszámlálás, amire különböző módszerek állnak rendelkezésre.

A kép-szimulációs kiértékelés során, a mikroszkóp látómezejében látható képet különböző ismert nyomsűrűségű ábrasorozattal lehet összehasonlítani.

Az automatikus képelemzés során számítógéppel összekötött kép-analizátor végzi a kiértékelést. A detektor egységnyi felületén kialakuló nyomsűrűség a besugárzási idő alatti átlagos radon-koncentrációval lesz arányos.

Ez a módszer rendkívüli egyszerűsége, olcsósága, a filmek terepállósága, az eredmények dokumentálhatósága miatt nagyon elterjedt. Hátránya, hogy a filmek kiértékelése lassú, speciális laboratóriumi módszereket igényel. [1., 44.]

1.3.4. Leányelem mérési módszerek

1.3.4.1. Folyamatos mérési módszer

Folyamatos üzemmód esetén, a leányelemeket tartalmazó levegőminta általában alacsony térfogatárammal 0,1-1 dm³/perc értékkel áramlik keresztül egy szűrőrétegen.

A szűrőrétegen megtapadt leányelemek alfa részecskéinek detektálása félvezető detektorral történik. A detektor beállítása alapján általában 2 és 8 Mev közötti energiájú alfa-részecskéket detektál. A radon alfa-sugárzó leányelemeinek energiái ezen a sávon belül esnek. Ez az alfa-spektrometriai módszer lehetőséget ad nemcsak a radontól, hanem a torontól származó leányelemek megkülönböztetésére is.

1.3.4.2. Pillanatnyi mintavétel mérési módszer

A módszer során adott térfogatú levegőben lévő leányelemek egy szűrőrétegen kiválnak. A szűrőrétegen megtapadt leányelemek aktivitásának mérése a szűrés végeztével történik. Ezen a területen a legjobb eredménnyel Kusnetz illetve a Thomas által módosított Tsivoglou módszerek alkalmazhatók.

Kusnetz módszer: akkor érdemes használni, amikor eredményközlés során nem kell egymástól megkülönböztetni a leánytermékeket, hanem egy szumma koncentráció meghatározása a cél. Az eljárás során kb. 100 liternyi levegő mintát kell keresztül áramoltatni egy szűrő rétegen 5 perc alatt. A mintavétel után a szűrőrétegen megkötődött leányelemek összalfa-aktivitásának mérési időtartama 40 és 90 perc közé esik. Ekkor már megfelelő számlálási hatásfokú szcintillációs detektor is kiválóan alkalmazható az alfa részecskék detektálására. A mérés során a rövid felezési idejű leányelemek lebomlásából bekövetkező aktivitás csökkenésből a Kusnetz-faktorral történik a munkaszint számítása, a mérési idő figyelembe vételével.

Thomas által módosított Tsivoglou módszer: munkaszint illetve radon leányelem meghatározásra alkalmas módszer. A mintavétel módja megegyezik a Kusnetz módszernél alkalmazottal. A szűrőn megtapadt leányelemek alfa-részecskéinek vizsgálata három különböző időintervallumban történik. A mintavételtől számított 2 és 5 perc között, 6 és 20 perc, valamint, 21 és 30 perc között. A kapott eredményekből a megfelelő számítási módszerekkel a ²¹⁸Po, ²¹⁴Pb és ²¹⁴Po koncentrációja, illetve a munkaszint meghatározható. [45., 46.]

1.4. Gamma dózisteljesítmény mérése