A RADON- ÉS TORONELOSZLÁS VIZSGÁLATA A ZSÁMBÉKI-MEDENCE ÉSZAKKELETI RÉSZÉN

Átírás

1 EÖTVÖS LORÁND TUDOMÁNYEGYETEM TERMÉSZETTUDOMÁNYI KAR A RADON- ÉS TORONELOSZLÁS VIZSGÁLATA A ZSÁMBÉKI-MEDENCE ÉSZAKKELETI RÉSZÉN DIPLOMADOLGOZAT Készítette: SZABÓ ZSUZSANNA KÖRNYEZETTUDOMÁNY SZAKOS HALLGATÓ Témavezető: SZABÓ CSABA, PH.D. EGYETEMI DOCENS, ELTE TTK, KŐZETTANI ÉS GEOKÉMIAI TANSZÉK, LITOSZFÉRA FLUIDUM KUTATÓ LABORATÓRIUM DR. HORVÁTH ÁKOS EGYETEMI DOCENS, ELTE TTK, ATOMFIZIKAI TANSZÉK * UNIV. BUDAPESTINENSIS DE EÖTVÖS NOM. * FAC ULTAS SCI. NAT. Budapest L RG ANNO 1998 ELTE

2 TARTALOMJEGYZÉK 1. BEVEZETÉS A RADON ÉS A TORON Kémiai és fizikai tulajdonságok A radon és a toron eredete, az urán, a tórium és a rádium geokémiája Egészségügyi vonatkozások A ZSÁMBÉKI-MEDENCE FÖLDTANA ÉS FÖLDRAJZA HELYSZÍNI MÉRÉSI PONTOK KIVÁLASZTÁSA ÉS MINTAVÉTEL A mérési és mintavételi helyszínek kiválasztása A helyszínek leírása A mintagyűjtés menete, a mélyített fúrások és a begyűjtött minták leírása ALKALMAZOTT MÉRÉSI ÉS KIÉRTÉKELÉSI MÓDSZEREK Fajlagos izotópaktivitás meghatározása gamma-spektroszkópia módszerével Radon- és toron-mérések A használt műszer, a RAD7 radon detektor működése Talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének módszere Fajlagos radon- és toronexhaláció meghatározásának módszere Fizikai talajféleség-kategóriákba sorolás módszere Izovonalas eloszlástérképek szerkesztésének módszere MÉRÉSI EREDMÉNYEK Fajlagos 226 Ra ( 238 U-sor), 228 Ac ( 232 Th-sor) és 40 K aktivitás értékek Radon- és toron-mérések Talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének eredményei Fajlagos radon- és toronexhaláció mérésének eredményei Fizikai talajféleség-kategóriákba sorolás eredménye SZÁRMAZTATOTT EREDMÉNYEK, ELOSZLÁSTÉRKÉPEK ÉS ÉRTELMEZÉSÜK KÖVETKEZTETÉSEK KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS IRODALOMJEGYZÉK MELLÉKLET... 56

3 ÁBRA- ÉS TÁBLÁZATJEGYZÉK 1. ábra: Az 238 U és a 232 Th bomlási sora (Mook, 2001) ábra: A Zsámbéki-medence elhelyezkedése ábra: A vizsgált terület és környezetének (Dunától nyugatra) tájékoztató jellegű, felszíni egyszerűsített litológiai térképe (Kuti et al., 2006), a nyíl az északi irányt jelöli ábra: A terület és környezetének (Budapesttől nyugatra) tájékoztató jellegű, talajtani térképe (TalajvédelmiAlapítvány, a nyíl az északi irányt jelöli ábra: A mintagyűjtési pontok térbeli elhelyezkedése a vett minták darabszámának jelölésével (az ábrán körülbelül 10*5 km-es terület látható) (Google Earth), a nyíl az északi irányt jelöli ábra: A Zsámbéki-mendece északkeleti részén mélyített talajfúrások és mintavételi rétegek/egységek ábrázolása a rétegek színét megközelítő színezéssel a talajfelszíntől számított mélység jelölésével ábra. A toron bomlása, a RAD7 műszerben az alfa-részecskéket detektáló energiaablakok jelének (A, B, D) feltüntetésével ábra: A mérési elrendezés a talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentrációjának mérése során (talajgáz szonda, páralekötő, szűrő, RAD7 radon detektor) ábra: A mérési elrendezés a radon- és toronexhaláció meghatározása során végzett koncentráció mérés alatt (radonkamra, páralekötő, szűrő, RAD7 radon detektor) ábra: Az 238 U koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben ábra: A 232 Th-koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben ábra: A K-koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben ábra: A radonexhaláció értékek változása a vizsgált talajrétegekben ábra: A toronexhaláció értékek változása a vizsgált talajrétegekben ábra: Az 228 Ac fajlagos aktivitása az 226 Ra fajlagos aktivitásának függvényében trendegyenes illesztésével, a szórás feltüntetésével [a kéktől eltérő színű jelek a következő mintákat jelentik: zöld - VM-3, rózsaszín - VM-2, lila - VM-1 (nem látszik a többi ponttól) és narancssárga - TJ-4 minta] ábra: A fajlagos toronexhaláció a fajlagos radonexhaláció függvényében trendegyenes illesztésével, a szórás feltüntetésével (a kéktől eltérő színű jelek az alábbi 3

4 mintákat jelentik: zöld - VM-3, rózsaszín - VM-2, lila - VM-1 és narancssárga - TJ-4 minta) ábra: A fajlagos radonexhaláció a fajlagos 226 Ra aktivitás függvényében trendegyenes illesztésével ábra: A fajlagos toronexhaláció a fajlagos 228 Ac aktivitás függvényében trendegyenes illesztésével ábra: A radonexhalációs együttható értékek a vizsgált talajrétegekben ábra: A toronexhalációs együttható értékek a vizsgált talajrétegekben ábra: A toronexhalációs együttható a radonexhalációs együttható függvényében, a két érték egyenlőségét jelölő piros egyenessel, a fizikai talajféleség-kategóriák jelölésével (fehér - vályog, citromsárga - agyagos vályog, narancssárgától feketéig - egyre nehezebb agyag; kék - nincs adat) ábra: A toronexhalációs együttható a radonexhalációs együttható függvényében Greeman & Rose (1996) adatai alapján, a két érték egyenlőségét jelölő piros egyenessel, a kiemelkedő agyagtartalmú minták jelölésével (fekete: 70-80% agyagtartalom, barna: 50-60% agyagtartalom, kék: <50% agyagtartalom) ábra: A felső, 0-2 méteres talajrétegre, vastagság szerint súlyozottan átlagolt fajlagos radonexhaláció (Bq/kg) Zsámbék (nyugat), Perbál (észak), Telki, Öreghegy Villapark (kelet) és Vízimalom (dél) nevű mintavételi pontok által határolt területen ábra: A felső, 0-2 méteres talajrétegre, vastagság szerint súlyozottan átlagolt fajlagos toronexhaláció (Bq/kg) a Zsámbék (nyugat), Perbál (észak), Telki, Öreghegy Villapark (kelet) és Vízimalom (dél) nevű mintavételi pontok által határolt területen ábra: A talajgáz radonaktivitás-koncentrációja (Bq/m 3 ) a Zsámbék (nyugat), Perbál (észak), Budajenő, Hilltop (kelet) és Vízimalom (dél) nevű mintavételi pontok által határolt területen ábra: A talajgáz toronaktivitás-koncentrációja (Bq/m 3 ) a Zsámbék (nyugat), Perbál (észak), Budajenő, Hilltop (kelet) és Vízimalom (dél) nevű mintavételi pontok által határolt területen ábra: A fajlagos 40 K aktivitás a fajlagos 226 Ra aktivitás függvényében trendegyenes illesztésével ábra: A fajlagos 40 K aktivitás a fajlagos 228 Ac aktivitás függvényében trendegyenes illesztésével

5 1. táblázat: A radon és a toron tulajdonságai táblázat: A mérési/mintavételi pontok helye/neve, a közelben megtalálható alappont száma, a koordináták (földrajzi és EOV) és a fúrásból begyűjtött minták betűjele, illetve száma táblázat: A talajminták jele, származási mélységköze és a helyszínen megállapított fizikai és anyagtani jellemzőik táblázat: A RAD7 ablakainak csatornatartománya, energiatartománya, a bennük detektált izotópok, az izotópok által kibocsátott alfa-részecskék energiája és az izotópok anyaelemei (radon vagy toron) táblázat: Az egyes Arany-féle kötöttségi szám tartományok a hozzájuk tartozó fizikai talajféleség-kategóriákkal (Filep, 1999) táblázat: Az egyes minták fajlagos izotópaktivitás és koncentráció értékei az egyszeres szórás feltüntetésével táblázat: A talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének eredményei az egyszeres szórás feltüntetésével táblázat: Az egyes minták fajlagos radon- és toronexhaláció értékei az egyszeres szórás feltüntetésével táblázat: A kiválasztott talajminták Arany-féle kötöttségi száma (Stefanovits et al., 1999) és az ez alapján meghatározott fizikai talajféleség-kategória táblázat: Az egyes minták radon- és toronexhalációs együtthatói az egyszeres szórás feltüntetésével

6 1. BEVEZETÉS Az Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Karán, a Kőzettani és Geokémiai Tanszéken működő Litoszféra Fluidum Kutató Laboratórium és az Atomfizikai Tanszék egy hosszú távú program keretében Magyarország radon térképének megszerkesztésébe kezdett, amely nemzetközi elvárásoknak és előírásoknak is megfelel. Jelenleg ilyen radon térkép nem áll rendelkezésre, így az európai radon atlaszon Magyarország fehér foltként szerepel. A térkép elkészülését a radon, mint potenciális tüdőrák kockázati tényező indokolja (Bochicchio, 2008) valamint az, hogy nem számíthatunk hatósági szabályozásra a megengedhető beltéri radonaktivitás-koncentrációt illetően a valós kockázatok ismerete nélkül. A célkitűzés első lépése Pest megye radon térképének elkészítése, amihez diplomamunkámmal járulok hozzá. Munkám során elsősorban adatokat gyűjtöttem a készülő térképhez egy kisebb területről, a Budapesttől nyugatra elhelyezkedő Zsámbéki-medenceből. A Zsámbékimedencét keletről a Budai-hegység határolja, ennek legmagasabba tagja a Nagy-Kopasz hegy, amelyen egy 232 Th-től származó radioaktív-anomália vált ismertté (Tyhomirov, 1965; Wéber, 1989). A 232 Th bomlási sorában lévő radon izotóp, a toron nem jelent akkora veszélyforrást, mint a hosszabb felezési idejű, az 238 U bomlási sorában található radon, ezért általában nem vizsgálják ennek az eloszlását. Jelen dolgozatban bemutatott munka célja többek között az, hogy megvizsgálja a nagy-kopasz hegyi 232 Th-anomália esetleges, erózió miatti hatását a területre (így nem csak a radonról, hanem a toronról is gyűjtöttem adatokat). Ez alapján is választottam ki a Zsámbéki-medence északkeleti részét a vizsgálatokra. Az adatok alapján megszerkesztettem a radon eloszlástérképét kétféle módszerrel, amely módszerek, illetve az általuk adott eredmények összehasonlítása szintén célom volt. Az egyik lehetőség, hogy a talajgáz radonaktivitás-koncentrációját mérem több ponton. Ennek a módszernek a széleskörű alkalmazása Európa országaiban (például Kemski et al., 2001) teszi indokolttá használatát. A másik módszer során fúróval vett talajminták fajlagos radonexhalációját határoztam meg és minden pontra ezekből az adatokból számoltam egy értéket, amely sok tényezőtől függően összefüggésben van a talajgáz radonaktivitáskoncentrációjával. A két módszer összevetésére azért van szükség, mert a tervben lévő radontérkép elkészítése érdekében tett első lépések (Szabó, 2009) az utóbbi, nemzetközi gyakorlatban nem használt, de általunk könnyebben elérhető módszer alkalmazásával történtek. 6

7 A vizsgált talajminták laboratóriumban meghatározott fajlagos 238 U- és 232 Th-akivitása és fajlagos radon- és toronexhalációja alapján lehetővé válik a két izotóp exhalációs együtthatóinak az összehasonlítása, amelynek a fizikai talajféleség-kategóriákkal összefüggő szemcsemérettel történő egybevetése is célom. (Ezzel a radon- és toronexhaláció folyamatával kapcsolatban vonhatók le következtetések.) Az 238 U- és 232 Th-akivitás mellett meghatároztam a 40 K fajlagos aktivitását is. 2. A RADON ÉS A TORON 2.1. Kémiai és fizikai tulajdonságok A radon elem (jele: Rn) a periódusos rendszer VIII. főcsoportjába (nemesgázok) és a 6. periódusba tartozik, rendszáma 86. Színtelen, szagtalan és radioaktív nemesgáz. Az egyik legnehezebb gáz, így a levegőnél is sokkal nehezebb. Mindhárom földkérgi eredetű radioaktív bomlási sorban ( 238 U-, 235 U-, 232 Th-sor) megtalálható. Dolgozatomban két izotópjával foglalkozom: a 222-es ( 238 U-sor) és a 220-as ( 232 Th-sor) izotópokkal. A radon 222-es tömegszámú izotópja a későbbiekben radonként, a 220-as tömegszámút pedig toronként szerepel. A radon ( 222 Rn) közvetlen anyaeleme a 226 Ra, felezési ideje 3,8235 nap. A toron ( 220 Rn) közvetlen anyaeleme a 224 Ra, felezési ideje 55,6 másodperc. Közvetlen anyaelemeikből alfasugárzással keletkeznek és maguk is alfa-sugárzás kibocsátásával alakulnak át először 218 Po, illetve 216 Po izotópokká, amelyek tovább bomlanak. Az 1. táblázatban vannak összefoglalva a két izotóp egyes tulajdonságai, az 1. és 2. ábrákon pedig az 238 U és 232 Th bomlási sorai, illetve a radon és a toron itt elfoglalt helye látható. 1. táblázat: A radon és a toron tulajdonságai Izotóp neve Jele Bomlási sora Anyaeleme Leányeleme Felezési ideje radon 222 Rn 238 U 226 Ra 218 Po 3,8235 nap toron 220 Rn 232 Th 224 Ra 216 Po 55,6 másodperc 7

8 1. ábra: Az 238 U és a 232 Th bomlási sora (Mook, 2001) 2.2. A radon és a toron eredete, az urán, a tórium és a rádium geokémiája Természetes környezetünkben a radon és a toron forrása a talajban, a talajszemcsékben megtalálható urán, tórium, illetve rádium tartalmú ásványok. Ezek képződése geokémiai folyamatok eredménye. Alább a három elem geokémiai tulajdonságait foglalom össze Burján (2002) és Douglas (1988) nyomán. Az urán a természetben három féle oxidációs állapotban fordul elő. Oxidatív környezetben U 6+, reduktív környezetben U 4+ (és ritkán U 5+ ) formában van jelen. Oldhatósága oxidatív körülmények között a legnagyobb (U 6+ ). Ilyenkor uranil-ionként (UO 2+ 2 ) vagy annak komplexeként jelenik meg a természetes vizekben. Reduktív körülmények közé kerülve, az oldatban az U 6+ átalakul U 4+ (és U 5+ ) formába és uraninitként (UO 2 ) vagy más hasonló összetételű ásványként, például coffinitként [U(SiO 4 )] ki. Ha az oxidatív környezet hirtelen reduktívvá válik, az urán nagyobb mennyisége csapódik ki egy helyen és felhalmozódik, így a radon nagyobb koncentrációjával kell számolni az ilyen területeken. A tórium csak egy oxidációs állapotban, Th 4+ formában jelenik meg a természetben. A természetes vizekben oldhatatlan. Kis oldhatóságú foszfát- {például monacit csoportba tartozó cheralit [(Ce,Ca,Th,U)(P,Si)O 4 ]}, oxid- [például torianit (ThO 2 )] és szilikátásványokban {például torit [(Th,U)SiO 4 ]} fordul elő. A rádium a radon és a toron közvetlen anyaeleme. Az urán és a tórium bomlási sorának tagja. Egy oxidációs állapota van (Ra 2+ ). Erős komplexeket képez szulfát- és karbonát- 8

9 ionokkal, így a természetes vizekben RaSO 4 és RaCO 3 formában lehet jelen. Alacsony ph tartományban a RaSO 4 Ra 2+ formába oldódik, magas ph-n RaCO 3 formába alakul. A rádium bomlása során a keletkező radon atom a kibocsátott alfa-részecske irányával ellentétes irányba lökődik meg. Ennek a visszalökődésnek a tipikus mértéke szilárd anyagokban nanométer, vízben 95 nanométer és levegőben nanométer (Semkow, 1990). Ezért teljesen száraz talajokban a levegővel töltött pórusokba lökődő radon atomok nagy valószínűséggel egy másik szemcsébe kerülnek, ez a folyamat lecsökkenti a radon atomok kijutásának esélyét a talajszemcsékből. Ezzel ellentétben, a vízzel töltött pórusokba érkező radon atomok nagyobb valószínűséggel hagyják el a talajt, mert ebben az esetben a visszalökődési távolság kisebb, mint a pórusok mérete. Így a radon atomok a pórusokban maradnak (Greeman & Rose, 1996) és exhalálódhatnak, kijuthatnak a mintából. (Itt különítem el az emanáció és az exhaláció fogalmát. Míg az előbbi a radon atom szemcséből pórustérbe jutását, addig az utóbbi a mintából történő kijutását jelenti. Az emanáció mindenképpen növekszik a nedvességtartalom növekedésével, az exhaláció is először növekszik, majd csökkenni kezd.) A radon és a toron forrása mesterséges környezetünk is, itt leginkább a nagy urán vagy tórium tartalmú építőanyagokat kell megemlíteni. Ezeket általában erőművi salakokból állítják elő, amelyekben feldúsulhatnak a természetes radioaktív elemek (Bányász & Mócsy, 2005). Néhány esetben az építőanyagként felhasznált vályog, agyag, lösz a két izotóp forrása (vályogházak, barlanglakások, putrik). Mostanáig nem fordítottak nagy figyelmet a toronra a legtöbb radonnal foglalkozó kutatásban a rövid, 55,6 másodperces felezési ideje miatt (így rövidebb ideje van felhalmozódni), de több tanulmány (például Yonehara et al., 2005, Yamada et al., 2005, Shang et al., 1997) látott már napvilágot, amelyekben a radonaktivitás-koncentráció és radonexhaláció mellet a toronra vonatkozó értékeket is meghatározták. Ha a talaj vagy főképpen, ha az építőanyag toronexhalációja nagy, a beltéri levegő toronaktivitáskoncentrációja nagyobb is lehet, mint a radonaktivitás-koncentráció. Ilyen tulajdonságú japán és kínai lakóépületeket vizsgált például Yonehara et al. (2005) és Yamada et al. (2005) is. Ezekben az esetekben a nagy beltéri toronaktivitás-koncentráció (akár több mint 1000Bq/m 3 ) forrása az építőanyagként felhasznált talaj volt (például barlanglakások), valamint Shang et al. (1997) is munkája során 200Bq/m 3 beltéri toronaktivitás-koncentrációt detektált. 9

10 2.3. Egészségügyi vonatkozások A radon izotópok és leányelemeik egy átlagos ember összes dózisterhelésének 52%-áért felelősek: a radontól származó éves effektív dózis 1,15mSv (44%), a torontól származó pedig 0,1mSv (8%) (UNSCEAR 2000). Például spanyolországi adatok (Miniterio de Trabajo e Imigración, szerint viszont a radon a teljes dózisterhelés 47%-éárt, a toron 4%-áért felelős. Mindkét esetben nagynak mondható a két izotóp hozzájárulása. A radon izotópok által kibocsátott alfa-részecskék nagy ionizációs képességgel rendelkeznek, viszont hatótávolságuk kicsi, hamar leadják az energiájukat. Az alfa-sugárzó izotópok csak a szervezetbe jutva jelentenek veszélyforrást. Így a radon, a toron és leányelemeik által kifejtett dózis főképpen a tüdőre hat és tüdőrákot okozhat (a vizek radontartalma az emésztőrendszerben fejti ki hatását, de ennek részaránya és hatása is kisebb). Az Európai Bizottság által támogatott kutatás eredményei alapján (Darby et al., 2005) az otthonokban található radon felelős évente körülbelül ember haláláért az Európai Unióban. Ez az összes tüdőrák okozta haláleset 9%-a, illetve az összes halálos kimenetelű rákbetegség 2%-a. A belélegzett levegőben lévő radon és toron gáz, valamint például a porszemcséken/aeroszolokon is megtapadó (Bányász & Mócsy, 2005), szilárd halmazállapotú, rövid felezési idejű leányelemeik a tüdőbe jutva, nagy ionizáló képességű alfa-sugárzást bocsátanak ki, amely a sejtek rákos elváltozásait okozhatja. A dohányzás önmagában is nagy egészségügyi kockázatot hordoz, de a belőle származó füst szilárd részecskéi, tapadási felületet biztosítva a leányelemeknek, a radon izotópok jelenlétét még inkább nemkívánatossá teszi. A dohányzás hatásának szemléltetésére Bochicchio (2008) nyomán áttekintek két, elképzelt esetet férfiak vonatkozásában: 1. 0Bq/m 3 radonaktivitás-koncentrációjú élettér: itt a naponta több mint 25 cigarettát elszívó férfi tüdőrák kockázata 40-szeresére nő a sohasem dohányzóéhoz képest Bq/m 3 radonaktivitás-koncentrációjú élettér (Európai Közösség által ajánlott érték régi építésű házakra): ez egy sohasem dohányzó férfi esetén 2-szer akkora, míg egy naponta több mint 25 cigarettát elszívó férfi esetén 65-ször akkora kockázatot hordoz, mint egy 0Bq/m 3 -en élő, sohasem dohányzó emberé. Így a dohányzás nélküli 400Bq/m 3 radonaktivitás-koncentrációtól származó kockázat 2 egységet, míg a dohányzás melletti 400Bq/m 3 radonaktivitás-koncentrációtól származó kockázat 25 egységet jelent. Fontos megjegyezni, hogy egyes vélemények szerint a folyamatosan, illetve rendszeresen, kisebb koncentrációban kapott úgynevezett radon-sugárzás akár jó hatással 10

11 lehet az élő szervezetre az immunrendszer, a DNS hibákat helyreállító folyamatok stimulálása révén (Köteles, 2005). 3. A ZSÁMBÉKI-MEDENCE FÖLDTANA ÉS FÖLDRAJZA A Zsámbéki-medence Budapesttől nyugatra, kilométerre elhelyezkedő, a Budaihegység, a Vértes, a Gerecse, továbbá az Etyeki-dombság által határolt földrajzi kistáj (ZSÁMERT, Ez a terület a Békás-patak vízgyűjtőjéhez tartozó települések területét foglalja magába, így települései Biatorbágy, Budajenő, Herceghalom, Etyek, Páty, Perbál, Telki, Tinnye, Tök és Zsámbék. Ezek két megye Fejér és Pest közigazgatási területén helyezkednek el (2. ábra). 2. ábra: A Zsámbéki-medence elhelyezkedése A kistáj területén a felszíni litológiai térkép szerint (3. ábra, Dunától nyugatra) az agyag, iszap, a vulkanikus eredetű, a homokkő, konglomerátum, az édesvízi mészkő, mésziszap és a mészkő, dolomit képződmények lelhetők fel. Ezek közül jelentősebb mértékben elterjedtek az egész területen a vulkanikus eredetű, az északi részen a mészkő, dolomit és a déli részen az édesvízi mészkő, mésziszap képződmények. 11

12 3. ábra: A vizsgált terület és környezetének (Dunától nyugatra) tájékoztató jellegű, felszíni egyszerűsített litológiai térképe (Kuti et al., 2006), a nyíl az északi irányt jelöli A medence belseje kis vízfolyásokkal tagolt, enyhén hullámzó síkság, amelynek nagy részét búza-, kukorica- és napraforgótáblák borítják. A vidéken egykor mocsaras, nádasokkal, bodzásokkal, gyékényesekkel tarkított lapály terült el. A területet lösszel fedett, hullámos felszín jellemzi, amelynek magasabb részein barnaföldek, majd csernozjom barna erdőtalajok és csernozjom talajok vannak (Stefanovits, 1999). A 4. ábrán (Budapesttől nyugatra) megfigyelhető, hogy kőzethatású talajok, barna erdőtalajok és csernozjom talajok jellemzőek a területre. 4. ábra: A terület és környezetének (Budapesttől nyugatra) tájékoztató jellegű, talajtani térképe (TalajvédelmiAlapítvány, a nyíl az északi irányt jelöli 12

13 4. HELYSZÍNI MÉRÉSI PONTOK KIVÁLASZTÁSA ÉS MINTAVÉTEL 4.1. A mérési és mintavételi helyszínek kiválasztása A vizsgáltra kiválasztott egység Budajenő, Páty, Perbál, Telki, Tök és Zsámbék által határolt, körülbelül 30 km 2 -nyi terület, ahogyan azt az 5. ábra mutatja (ez a Zsámbékimedence északkeleti része). A mérési, illetve mintavételi pontok helyének kiválasztásakor szempont volt, hogy lehetőleg bolygatatlan területen, egymástól viszonylag egyenletes távolságra legyenek, ezért vettük alapul a negyedrendű vízszintes földmérési alapponthálózatot és ütöttük le a talajgáz szondát és mélyítettük a talajfúrásokat az alappontok közelében. A pontok sűrítése a 90-es évek elejére fejeződött be (Szabó, L., pers. com.), tehát biztosak lehetünk abban, hogy ezután nem bolygatták a talajt a közelükben (azaz mezőgazdasági műveléstől elzárt területekről van szó). Az alappontok és 50 m 2 -es környezetük a Magyar Állam tulajdonában vannak, a Földmérési és Távérzékelési Intézet (FÖMI) engedélyével (lásd melléklet) végeztük a terepi munkát ezeken a területeken. Néhány esetben azonban eltértünk ettől: három mintavétel történt lakóépületekhez tarozó füves területen (Perbál, Tök, Zsámbék nevű pontok, 2. táblázat, 5. ábra) és kettő olyan területen, amelyről tudtuk, hogy lakóövezetet készülnek létrehozni a jövőben rajtuk (Csillagerdő, Vízimalom nevű pontok, 2. táblázat, 5. ábra), itt a tulajdonos engedélyével dolgoztunk. A 2. táblázat összesíti a mérési/mintavételi pontok helyét/nevét, a közelben megtalálható alappont számát (ha van), a koordinátákat (földrajzi és EOV Egységes Országos Vetület) és az ott mélyített fúrásból begyűjtött minták betűjelét, illetve számát. 13

14 2. táblázat: A mérési/mintavételi pontok helye/neve, a közelben megtalálható alappont száma, a koordináták (földrajzi és EOV) és a fúrásból begyűjtött minták betűjele, illetve Fúrás helye/neve Alappont száma Y-fr-i X-fr-i Y-EOV X-EOV Minták jele Kelet o 32'19,6" 18 o 50'21,0" Budajenő, Hilltop o 32'52,2" 18 o 47'49,7" Budajenő, Szőlőhegy o 33'47,1" 18 o 48'37,7" Tök Nagy Fúrás o 33'31,5" 18 o 45'13,6" Telki, Öreghegy Villapark o 32'16,0" 18 o 49'17,2" TAKI o 31'40,5" 18 o 47'26,5" Csillagerdő - 47 o 32'31,0" 18 o 42'14,9" CSIL 2 Perbál - 47 o 35'09,2" 18 o 45'12,5" PLTP 5 Tök - 47 o 33'37,2" 18 o 43'57,8" TJ 4 Vízimalom - 47 o 31'26,1" 18 o 44'41,9" VM 3 Zsámbék - 47 o 32'34,6" 18 o 43'00,0" ZS 2 Minták száma A koordinátákat GPS-szel mértük. Az értékek hibája a mérőműszer pontatlanságából, illetve a terepi viszonyokból adódik, ez megközelítőleg 15 méter, így hibahatáron belül megegyezik a földrajzi és az EOV koordináta. A Google Earth program segítségével készített 5. ábra mutatja be ezeknek a pontoknak a térbeli elhelyezkedését. A buborékokban található számok a pontokból begyűjtött minták darabszámát jelölik. 14

15 5. ábra: A mintagyűjtési pontok térbeli elhelyezkedése a vett minták darabszámának jelölésével (az ábrán körülbelül 10*5 km-es terület látható) (Google Earth), a nyíl az északi irányt jelöli 4.2. A helyszínek leírása 1. Kelet: A közlekedési út mellett lévő, 1326-os számú alappont mellett terveztünk fúrást mélyíteni, azonban a szomszédos Nagy-Kopasz hegyről származó törmelék miatt ez nem sikerült, így ásóval vettünk mintát. Az említett ok miatt talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérés nem történt ebben a pontban. Itt jegyzem meg, hogy ez a pont helyezkedik el, az említett Nagy-Kopasz hegyhez legközelebb. 2. Budajenő, Hilltop: A 1059-es számú alappont közelében mélyítettük a fúrást és végeztük a talajgáz mérést, amely egy épülő lakópark területének szélén található a fasorban. 3. Budajenő, Szőlőhegy: A 1314-es számú alappont közelében végeztük a mintagyűjtést és a talajgáz mérést, ez a pont is egy épülőben lévő lakópark közelében van. 4. Tök Nagy Fúrás: A 1316-os számú alappont mellet mélyítettük ezt a fúrást és mértünk, amely egy Tök községhez tartozó szántóföld szélében helyezkedik el. 5. Telki, Öreghegy Villapark: Mint a helyszín neve is jelzi, ez a fúrás és a talajgáz mérés is egy lakópark közelében történt, a 1325-ös számú alappont mellet, a lakóparkhoz közeli fasorban. 15

16 6. TAKI: A pont neve azt jelzi, hogy a Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet (TAKI) által is történt mintavétel ennek a pontnak a közelében, éppen ezért választottuk ki mi is a helyszínt. Ez a mintavételi és talajgáz mérési pont a 1330-as számú alappont mellet helyezkedik el, közvetlenül a közlekedési út mellett a fasorban. 7. Csillagerdő: Itt egy Zsámbékhoz tartozó lucernaföld melletti füves területen fúrtunk és mértünk talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentrációt. 8. Perbál: A perbáli lakótelephez tartozó füves területen mélyítettük a fúrást és mértünk. 9. Tök: Ez egy Tök községi családi ház füves udvara, itt történt a mintavétel és a talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérés. 10. Vízimalom: A Zsámbék területén lévő régi vízimalomhoz közeli, a Békáspatak közelében lévő füves területen végeztük a munkát (fúrás és talajgáz mérést). 11. Zsámbék: Egy zsámbéki kertes ház udvarában, a ház mellet mélyült a fúrás és történt a helyszíni talajgáz mérés A mintagyűjtés menete, a mélyített fúrások és a begyűjtött minták leírása A mintagyűjtés kézi fúróval történt, amellyel maximálisan 4,5 méter mélységig lehet lefúrni. Ennek segítségével mélyítettük a 10 fúrást a Zsámbéki-medence északkeleti részén. Ezen kívül egy helyen ásóval vettünk mintát (Kelet). Az egyes mintavételezések során a mintákat jellemző színük vagy más tulajdonságuk (pl. állag) alapján különítettük el. A 6. ábra mutatja be a 11 fúrás/mintavétel maximális mélységét, a minták elkülönülésének szintjét, valamint az egyes rétegek jellemző színét az azt megközelítő színezéssel. 16

17 6. ábra: A Zsámbéki-mendece északkeleti részén mélyített talajfúrások és mintavételi rétegek/egységek ábrázolása a rétegek színét megközelítő színezéssel a talajfelszíntől számított mélység jelölésével A 3. táblázat foglalja össze az egyes fúrásokból származó, egyes mintákhoz tartozó mélységközt és a helyszínen megállapított jellemzőiket (a minták jelölésének és a fúrás nevének összefüggését lásd az 2. táblázatban). 17

18 3. táblázat: A talajminták jele, származási mélységköze és a helyszínen megállapított fizikai és anyagtani jellemzőik minta jele származási mélységköze (cm) a fúrások talajainak helyszínen megállapított jellemzői sötétbarna, karbonát törmelékkel sötétbarna, agyagos sárgásbarna, nagyon kötött agyagos sötétebb sárgásbarna, nagyon kötött agyagos világosabb sárgásbarna, nagyon kötött agyagos sárgás színű, karbonát csíkokkal nagy karbonát tartalom sötétbarna, humuszos réteg nagyon kötött, világos agyag nagyon kötött, világos agyag, vöröses csíkokkal nagyon kötött, világos agyag sötétbarna színű világosbarna, laza talajréteg világosbarna, laza, de kicsit kötöttebb sötétbarna, humuszos világosbarna, laza világosbarna, nagyon laza sötétbarna sárgás, vörös csíkokkal szürke, vörös csíkokkal CSIL barna agyag CSIL vörös színű, kötött agyag PLTP sötétbarna, humuszos réteg PLTP kötöttebb, sötétbarna PLTP vöröses agyag PLTP sárga agyag PLTP sárga agyag, vörös csíkokkal TJ sötétbarna, humuszos TJ szürkés világosbarna TJ narancssárgás színű TJ szürke színű VM humuszos, sötétbarna réteg VM barna agyag VM fekete, nagy szervesanyag tartalmú ZS sötétbarna, humuszos ZS sárgás agyag A begyűjtött mintákat hosszabb ideig, körülbelül két hónapig száraz laborban tároltam a laborvizsgálatok megkezdése előtt, így minden esetben légszáraz mintákkal dolgoztam. 18

19 5. ALKALMAZOTT MÉRÉSI ÉS KIÉRTÉKELÉSI MÓDSZEREK 5.1. Fajlagos izotópaktivitás meghatározása gamma-spektroszkópia módszerével A gamma-spektroszkópia alkalmas arra, hogy meghatározzuk egyes izotópok és (szekuláris egyensúlyt felételezve) anyaelemeik (például urán, tórium) fajlagos aktivitását (Bq/kg), illetve koncentrációját (ppm) a vizsgált mintában. Szekuláris egyensúly beállása esetén az anyaelem aktivitása egyenlő leányelemeinek aktivitásával. Ennek feltétele, hogy az anyaelem felezési ideje sokkal nagyobb legyen, mint leányelemeié és elegendő idő (legalább a legnagyobb felezési idejű leányelem felezési idejének ötszöröse) teljen el az anyag keletkezése óta. Természetes anyagokat vizsgálva az 238 U és a 232 Th sorok esetére mindkét feltétel teljesülése feltételezhető, így a radon és a toron előtti leányelemek fajlagos aktivitásából megbecsülhető az 238 U- és a 232 Th-tartalom. A radon és toron utáni leányelemek aktivitása már általában kisebb értéket mutat, mert a radon és a toron gáznemű izotópokként (nemesgáz) elhagyják a mintát. A mérések egy gamma-spektrumot eredményeznek, amelyben a gamma-sugárzás energiája alapján határozzuk meg az azt kibocsátó izotópot, az adott csúcsba érkező beütések száma alapján pedig az izotóp mennyiségét. A spektrumban a karakterisztikus energiáknál éles (100 ev széles), Gauss-görbe alakú csúcsokat detektálunk. A gamma-foton a detektor anyagával három módon hathat kölcsön: fotoeffektussal, Compton-szórással vagy párkeltéssel. A karakterisztikus csúcsokat a fotoeffektus során leadott energia hozza létre. A kölcsönhatás valószínűsége fotoeffektus esetén a detektoranyag rendszámának ötödik hatványával, Compton-szórás esetén pedig első hatványával arányos. A félvezető detektor anyaga ezért áll nagy rendszámú elemből, germániumból. Az időegység alatt beérkező beütésszám alapján határozható meg az egyes izotópok aktivitása, figyelembe véve a relatív gyakoriság, valamint a detektor (adott energiára és adott geometriai elrendezésre jellemző) hatásfokát. Így az adott energiához tartozó izotóp aktivitását a következő egyenlet írja le: A = T / (t * ε * η) T háttér / (t háttér * ε * η), ahol A az aktivitás [Bq], T a mért beütésszám (a csúcs alatti terület) [db], T háttér a beütésszám a háttér spektrumában, t a mérési idő [s], t háttér a háttér mérésének ideje, ε a relatív gyakoriság (az izotóp bomlása során a fotonok hányad része kerül az adott energiájú csúcsba) és η a 19

20 hatásfok. Ebből a vizsgált minta tömegének figyelembevételével számolható a fajlagos izotóp aktivitás. Bizonyos izotópok (például 226 Ra és 235 U) nagyon közeli energián bomlanak és egy csúcsban (például 186 kev) átfednek. Ezzel korrigálni kell: a csúcsba tartozó beütések számát szét kell osztani a két izotóp között az adott energiához tartozó relatív gyakoriság és a természetes izotóparány [például az 235 U az összes urán 0,7204%-a, az 238 U pedig 99,2742%-a (Brookhaven National Laboratory, vagy más energiájú csúcs kiértékelése alapján. Az 238 U sor radon előtti tagjainak, a 232 Th sor toron előtti tagjainak és a 40 K fajlagos aktivitására voltam kíváncsi (a radon- és toronexhalációs együtthatók meghatározása végett, valamint összefüggést keresve a két bomlási sor izotópjainak és a 40 K fajlagos aktivitása között), így a 186keV-es ( 226 Ra), a 911keV-es ( 228 Ac) és az 1460keV-es ( 40 K) csúcsokat értékeltem ki. A csúcsok átfedését a 226 Ra fajlagos aktivitásának meghatározása során vettem figyelembe munkám során. Ebből a célból Ebaid et al. (2005) eredményeit használtam fel, miszerint a 186keV-es csúcs beütésszámának 58,3%-a származik a 226 Ra-tól és 41,7%-a az 235 U-től, radioaktív egyensúlyt feltételezve az 238 U és a 226 Ra között. (A 40 K aktivitása az 1460keV-es csúcsa alapján határozható meg és hasonló energiájú gamma-fotonokat bocsát ki az 228 Ac, 232 Th leányelem is. Számításaim alapján az 228 Ac beütésszámának részaránya elhanyagolható, így ebben az esetben nem kell figyelembe venniaz átfedést. A gamma-spektroszkópiai méréseket az Atomfizikai Tanszék GC SL típusú HPGe (nagy tisztaságú germánium) detektorával végeztem. Ez egy olyan félvezető detektor, amely germánium egykristályból áll. A rendszer a keV közötti gamma-fotonok detektálására van beállítva, amelyeket 4096 csatornába gyűjt. A csúcs alatti terület (T) meghatározásához csúcskereső és -illesztő programot használtam (Spill, amely az ELTE TTK tanára által írt program). A mérési idő mindig 16 óra volt, ami másodperc egységekben szerepelt a számításban (t). A relatív gyakoriság (ε) számítógépes adatbázisból származik (Nuclides, 2000). A hatásfok (η) meghatározása egy olyan (ELTE, TTK tanára által írt) számítógépes programmal történt, amelynek szükséges megadni a mérési elrendezésre jellemző geometria adatait, valamint a minta átlagos rendszámát és sűrűségét [kizárólagos SiO 2 összetételt vettem alapul és a talajok átlagos térfogattömegét, 1,45g/cm 3 -t (Filep, 1999) használtam]. Ez a program Monte-Carlo szimuláció segítségével számolja ki a hatásfokot az egyes energiákra. Feltételezhetjük, hogy a minta minden egyes térfogateleméből egyenlő valószínűséggel lép ki a tér minden irányába egy adott energiájú gamma-foton. A program 20