Légköri aeroszol elemösszetételének vizsgálata és egészségkárosító hatásának modellezése a továbbfejlesztett Sztochasztikus Tüdőmodellel

Átírás

1 DE TTK 1949 Légköri rszl lmössztétlénk vizsgált és gészségkársító htásánk mdllzés tvábbfjlszttt Sztchsztikus Tüdőmdlll Egytmi dktri (PhD) értkzés szrző nv: Dbs Erik témvztő nv: Dr. Brbélyné Dr. Kiss Ildikó DEBRECENI EGYETEM Trmészttudmányi Dktri Tnács Fiziki Tudmányk Dktri Iskl Dbrcn, 2011.

2

3 Ezn értkzést Dbrcni Egytm Trmészttudmányi Dktri Tnács Fiziki Tudmányk Dktri Iskl Fiziki módszrk intrdiszciplináris lklmzáskbn prgrmj krtébn készítttm Dbrcni Egytm trmészttudmányi dktri (PhD) fkztánk lnyrés céljából. Dbrcn, 201. jlölt láírás Tnúsítm, hgy Dbs Erik dktrjlölt között fnt mgnvztt Dktri Iskl Fiziki módszrk intrdiszciplináris lklmzáskbn prgrmjánk krtébn irányításmml végzt munkáját. Az értkzésbn fgllt rdménykhz jlölt önálló lktó tvéknységévl mghtárzón hzzájárult. Az értkzés lfgdását jvslm. Dbrcn, 201. témvztő láírás

4

5 Légköri rszl lmössztétlénk vizsgált és gészségkársító htásánk mdllzés tvábbfjlszttt Sztchsztikus Tüdőmdlll Értkzés dktri (Ph.D.) fkzt mgszrzés érdkébn fizik tudmányágbn Írt: Dbs Erik klvls fizikus. Készült Dbrcni Egytm Fiziki Tudmányk dktri iskláj (Fiziki módszrk intrdiszciplináris lklmzáskbn prgrmj) krtébn Témvztő: Dr. Brbélyné Dr. Kiss Ildikó. A dktri szigrlti bizttság: lnök: Dr. tgk: Dr. Dr. A dktri szigrlt időpntj: Az értkzés bírálói: Dr. Dr. Dr. A bírálóbizttság: lnök: Dr. tgk: Dr. Dr. Dr. Dr. Az értkzés védésénk időpntj: 201..

6

7 Trtlmjgyzék 1. Bvztés 2. Légköri rszl 2.1 Légköri rszl kltkzés 2.2 Légköri rszl éghjltr gykrlt htás 2.3 Légköri rszl gészségr gykrlt htás 3. Alklmztt módszrk 3.1 Kétfkztú mintvvő 3.2 Kszkád impktr 3.3 A PIXE módszr 3.4 A PIXE mérőrndszr 4. Légköri rszl időbli váltzásánk vizsgált 4.1 Kétfkztú mintvvővl gyűjtött minták vizsgált 4.2 Dbrcn Európ finm módusú rszl térképén 5. Vársi és vidéki trültkn gyűjtött rszl minták vizsgált 5.1 Kétfkztú mintvvővl gyűjtött minták vizsgált 5.2 Hétfkztú kszkád impktrrl gyűjtött minták vizsgált 6. Az mbr légzőszrvrndszr 6.1 Az mbri légzőszrvrndszr flépítés 6.2 Légzés 6.3 Asthm brnchil (sztm) 7. Sztchsztikus Tüdőmdll 7.1 Sztchsztikus Tüdőmdll flépítés és működés 7.2 A Mdll tvábbfjlsztés sztmár 7.3 Az Asztm Mdllkkl végztt számlásk 7.4 Mért dtk összhsnlítás Sztchsztikus Tüdőmdll rdményivl 8. Összfgllás Summry 100 Irdlmjgyzék 105 Az értkzés témkörébn mgjlnt közlményk 110 Köszöntnyilvánítás 112

8 1. Bvztés A földi tmszférábn jlnlévő légköri rszl részcskék fnts szrpt játsznk légkörfiziki és légkörkémii flymtkbn, bflyáslják földi klím lkulását, htássl vnnk z mbr és más élőlényk gészségér. Ahhz, hgy zkt flymtkt, htáskt jbbn mgismrjük, légköri rszlról is gyr többt kll tudnunk. A tömgméréskn túl részcskék mérténk, lmi össztétlénk, és zk kncntrációjánk pnts ismrt is szükségs hhz, hgy légkörbn vgy z mbri légzőszrvrndszrbn vló vislkdésükt, htásukt lirhssuk. PhD munkámbn gyrészt légköri rszl mintvétlzésévl, minták nlízisévl és z nlízis rdményként kptt dtk környztünkt érintő értlmzésévl fgllkzm, másrészt z mbri tüdőr gykrlt htásukkl, mihz lvégztm Sztchsztikus Tüdőmdll tvábbfjlsztését is. A Mgyr Tudmánys Akdémi Atmmgkuttó Intézt Elktrszttikus Gyrsítók Osztályán (jlnlg Innyláb-fiziki Osztály) flyó légköri rszlll kpcslts vizsgáltkbn lőször fitl kuttóként, mjd PhD hllgtóként vttm részt szptmbrétől ugusztus végéig. Ezkt vizsgáltkt tíz kuttóintézt lktt knzrcium áltl lnyrt NKFP prjktk ( A légköri rszlk környztsznnyző htás, kimuttás, flmérés, és prvnciós módszrk kidlgzás című (3/005/2001) és Lvgőkörnyzt és mbri tvéknység: légköri rszl htás lvgő minőségér, z ökszisztémár és z éghjltr; kimuttás, flmérés, htásvizsgált és mglőzés címűk (3A/089/2004)) krtébn végztm z lábbik szrint: Hti két lklmml Gnti típusú mintvvővl történő mintgyűjtés és zk kiértéklés, értlmzés krábbn mért dtkkl gyütt.

9 Kmpányszrűn több hlyszínn történő mintvétl kétfkztú Gntitípusú és hétfkztú kszkád impktr sgítségévl, kptt minták nlízis, z dtk értlmzés. Sztchsztikus Tüdőmdll fjlsztés és lklmzás z áltlunk gyűjtött rszl mintákr. Dlgztm lső részébn irdlmi áttkintést nyújtk légköri rszlr (2. fjzt), z lklmztt mintvétli és nlitiki (PIXE) módszrkr (3. fjzt) vntkzón. A kövtkző részbn rndszrsn gyűjtött rszlminták időbli kncntrációváltzásit vizsgálm és értlmzm, vlmint összvtm más urópi mérésk rdményivl (4. fjzt). Ezt kövtőn z NKFP prgrm mintvétli kmpányánk krtébn több hlyszínn zns időbn gyűjtött rszlminták mérési rdményit és z dtk fldlgzását ismrttm (5. fjzt). Dlgztm utlsó részét z mbri légzőszrvrndszr flépítésénk és működésénk bmuttásávl (6. fjzt) kzdm, mlyt Sztchsztikus Tüdőmdll flépítésénk és működésénk lírásávl (7. fjzt) flyttk. Ez prgrm krábbikbn csk gészségs mbr légszőszrvrndszrét tudt mdllzni. Szükségssé vált sztmás btgk stér is prgrm lklmzás, zért z ilyn irányú fjlsztéskt is ugynbbn fjztbn tárgylm. Dlgztm zárásképpn mért szrint szprált rszlminták nlízisévl kptt dtkt összvtm tvábbfjlszttt Sztchsztikus Tüdőmdlll kptt rdménykkl.

10 2. Légköri rszl Arszlnk nvzzük vlmly gáznmű közgbn finmn lszltt (diszprgált) szilárd vgy flydék részcskék gyütts rndszrét [Més97]. H z gáznmű közg mg lvgő, kkr légköri rszlról bszélünk. A lvgőbn tlálhtó prn szilárd rszl részcskékt értünk, mlyk többk között z rdti nyg mchniki prózódásávl kltkztk. Az rszl gyik lgfntsbb tuljdnság részcskék mért, mrt száms fnts fiziki és kémii tuljdnságt bflyásl. A flydék részcskék áltlábn gömb lkúk, szilárd részcskék lkj visznt rndkívül összttt is lht. Ezért bvztjük z kvivlns rdinmiki átmérőt (EAD), mlyn gy lyn gységnyi ( vízzl zns) sűrűségű gömb lkú részcsk átmérőjét értjük, mlynk z rdinmiki vislkdés lvgőbn mggyzik kérdéss részcsk vislkdésévl. Ennk értékét z átmérő és rltív sűrűség négyztgyökénk hányds dj mg [Hin82]. A részcskék mértén tvábbikbn zt z átmérőt értjük. A légköri rszl részcskék mért ngyn tág htárk között váltzik. Néhány nnmétrtől kzdv kár 100 mikrmétrig is trjdht. Mértük lpján két ngy csprtr sztjuk őkt. Durv részcskékn (durv módus vgy durv frkció) 2.5 µm-nél ngybb átmérőjű részcskékt, finm részcskékn (finm módus vgy finm frkció) z nnél kisbb mértűkt értjük. Trmésztsn létzik másfjt csprtsítás is. Pl. durv trtmányb z 1 µm-nél ngybb mértű, kkumulációs trtmányb 0,1-1 µm, Aitkn trtmányb 0,001-0,1 µm, nuklációs trtmányb pdig z 0,001 µm-nél kisbb mértű rszl részcskékt srlják [R00]. Ebbn z stbn mértlszlás lgritmikusn nrmális lszlásfüggvénykkl írhtó l. Ebbn munkábn én nm hsználm flsztást. Az rszl légkörből történő kikrülését kiülpdésnk, dpzíciónk nvzzük. Hgy mnnyi idő múlv ülpszik ki gy dtt részcsk, lsősrbn z

11 átmérőjétől függ. Az 1 µm-nél ngybb átmérőjű részcskék légköri trtózkdási idj mindösszsn néhány ór grvitációs kiülpdésnk köszönhtőn. Ezn részcskék áltlábn már frrásuk közlébn kihullnk. Az 1 µm-nél kisbb mérttrtmányb sők már jóvl hsszbb idig légkörbn mrdnk, kár gy hétig is, és mtrlógii körülményktől (szél, pártrtlm) függőn frrástól több zr kilmétrr is ljuthtnk. Áltlábn szárz ülpdéssl, vgy cspdék frmájábn ndvs ülpdéssl távznk lvgőből. Másik fnts jllmzőj z rszlnk tömgkncntráció, mi z rszl gységnyi térfgtábn mért részcsknyg (szilárd és flydékcspp) tömg. Szkáss gységi g/m3, mg/m3, µg/m3, ng/m3. Bár z rszl részcskék kncntrációj z tmszfér tömgénk csk gy ngyn kis tördékét (10-8) tszi ki, mégis ngy htássl vn z élővilágr és glbális klímár. 2.1 Légköri rszl kltkzés Légköri rszl részcskékt többfélképpn is csprtsíthtjuk kltkzésük lpján. Egyrészt mgkülönbözttünk lsődlgs és másdlgs részcskékt. Elsődlgs rszl részcskék közvtlnül jutnk légkörb lsősrbn diszprziós flymtkn krsztül. Ezk ngy részét durv részcskék tszik ki. Ezzl szmbn másdlgs rszl gázkmpnnsk nuklációs és kndnzációs flymt srán jön létr légkörbn és mitt jórészük finm frkciót lktják. A másdlgs rszl többség kénvgyültkt trtlmzó szulfát rszl, d jlntős még nitrgénvgyültkből létrjött nitrát rszl mnnyiség is. Az rszl részcskékt csprtsíthtjuk z lpján is, hgy trmészts, vgy mstrségs (ntrpgén) útn kltkztk. A trmészts rszl részcskék lgfőbb frrási kövtkzők:

12 Tljrdtű rszl: földkérg mállás, prózódás útján jutnk légkörb. Ezk lmössztétl földkérg lmössztétlét tükrözi: Al, Si, Sc, Ti, Mn, F, C, Zr, Nb. Rádásul zk kncntrációj állndónk is tkinthtő hlytől és évszktól függtlnül, rmk kiindulópntt dv trmészts rdtű kmpnnsk szétválsztásár mstrségstől. Sivtgi hmkvihrk srán, köszönhtőn nnk, hgy itt tlj rádásul szárz és nincs növénytkró sm, ign ngy mnnyiségű pr jut lvgőb, mi zután légköri ármltkkl (szélll) hsszú utt tsz mg milőtt kiülpdn. Ezt támsztj lá z is, hgy szhri hmk jlnlétét sikrült kimuttni Dbrcn lvgőjébn [Br04]. Tngri rszl: földflszín 70 %-át kitvő ócánk és tngrk párlgásuk srán, ngy szlk áltl hullámk vízprmtéből vlmint z lnylt légbubrékk szétpukknásából ngy mnnyiségű (évnt 1,3 millió tnn) tngri sót trtlmzó rszlt jutttnk légkörb. Ezk lmössztétlét lsősrbn tngri sóból szármzó lmk tszik ki: N, Mg, Cl, K, C, Br és Sr. Tngri környztbn fitplnktnk ngy mnnyiségű ként bcsátnk ki dimtil szulfid (DMS) frmájábn, mlyk másdlgs szulfát rszl létrjöttét rdményzik. Vulkáni pr: vulkánkitörés srán gy dtt hlyn ngyn rövid idő ltt ngy mnnyiségű rszl jutht légkörb, mly más rszl részcskékkl llntétbn légkör mgsbb rétgéb (sztrtszfér) is ljut, így kár évkig légkörbn mrdht. A vulkánk áltl kibcsáttt gázkból is kltkzik trmésztsn másdlgs rszl. Bilógii rszl: élő szrvztk hzzák létr. Például pllnk, gmbák, vírusk, bktériumk, d növényk mchniki kpás,

13 mikrrgnizmusk ktivitás, növényk párlgás, nygcsréj szintén prdukál rszl részcskékt. Jlntős frrás még már mlíttt z ócánkbn élő gys lgfjk áltl kibcsáttt dimtilszulfid, mink z xidációjából szulfát rszl kltkzik [And97]. Bilógii frrásk még z rdőtüzk is, mlyk dtt hlyn rövid idő ltt skszrsár növlhtik térségbn urlkdó rszl kncntrációt. A mstrségs rszl lgfőbb frrási: Közlkdés: ngy gépkcsifrglmml rndlkző várskbn, így például Dbrcnbn is, légsznnyzttség jlntős hányd közúti közlkdésnk köszönhtő. Gépjárművkből rszl részcskék közvtln útn gyrészt z üzmnyg tökéltln égés srán kltkző finm mértű krmrészcskként, másrészt járművk mchniki részink (pl. fékbtétk, gumibrncs futóflülti) kpás kövtkztébn krülnk lvgőb [Cl01]. D id trtzik frglm áltl flvrt pr is, mlynk srán z gyszr már z úttstr kiülpdtt főként durv részcskék újr visszjutnk légkörb (rszuszpnzió). Emlltt kipufgógázkkl mittálódó gáznmű légsznnyző nygk részt vsznk másdlgs rszl részcskék kltkzésébn is. Enrgitrmlés: ign jlntős ntrpgén rdtű frrás. Id trtznk hőrőművk, háztrtási tüzlés és bimssz égtés is, mlyk srán többk között másdlgs rszl képződéséhz szükségs szrvtln gázk (SO 2, NOx) és illékny szrvs vgyültk szbdulnk fl. Mindzk mlltt tökéltln égés srán jlntős mnnyiségű krm is krül légkörb. Ipr: z ipri tvéknység is jlntős rszl kibcsátási frrás z nrgitrmléshz hsnló módn.

14 Mzőgzdság: mzőgzdsági tvéknységk, pl. földmunkák, szántás srán is jut pr légkörb. Az táblázt lpján is láthtó, hgy légkörb jutó tljs rszlmnnyiségnk lig több mint gytizd szármzik mbri tvéknységből. Visznt míg trmészts frrásk áltl kibcsáttt rszl ngy trültkn gynltsn szlik l Föld flszínén ngy kitrjdésű frrástrültk mitt, ddig z ntrpgén rdtű jóvl kisbb trültkr, lsősrbn ngyvárskr és zk környékér kncntrálódik, hl trültkn mstrségs rdtű rszlkncntráció mgközlíti, sőt biznys hlykn és időszkkbn mg is hldj trmészts frráskból szármzót táblázt Légköri rszl részcskék frrási és bcsült mnnyiség [Ki95]. Kibcsátás (Tg/év) Frrás Trmészts Elsődlgs tlj rdtű pr (ásványi rszl) tngri só vulkáni pr bilógii hulldék Másdlgs bigén gázkból szármzó szulfátk vulkáni SO2-ből szármzó szulfátk bigén VOC-ból szármzó szrvs nyg NOX-ból szármzó nitrátk Trmészts összsn Antrpgén Elsődlgs ipri pr, stb. (kivév krm) krm Másdlgs SO2-ből szármzó szulfátk bimssz égtés NOX-ból szármzó nitrátk ntrpgén VOC-ból szármzó szrvs nyg Antrpgén összsn Összsn Alcsny Mgs Jllmző Mért Durv: >1 µm Finm: <1 µm Főlgdurv Durv Durv Durv Finm Finm Finm Finmés durv Finmés durv Főlgfinm Finm Finm Főlgdurv Finm

15 2.2 Légköri rszl éghjltr gykrlt htás A légköri rszl jlntős htást gykrl glbális klímár. A glbális éghjltváltzás npjink gyik lgtöbbt kutttt és lgngybb vitákt kiváltó kérdéskör. Az éghjltváltzást légkör sugárzási mérlgénk mgváltzás idézi lő, mly légkör több kmpnnsénk gyütts rdmény. Egy ilyn kmpnnst lktnk z üvgházhtású gázk (CO 2, mtán, N2O, frnk, stb.), mlyk visznylg jól ismrt módn és mértékbn járulnk hzzá légkör fölmlgdéséhz. Ezzl llntétbn légköri rszl htás csk lég ngy biznytlnsággl bcsülhtő. Az rszl részcskék gyrészt közvtln (dirkt) htásik révén bflyáslják légkör hőmérsékltét: Szórás: bbn z stbn részcskék bsugárztt lktrmágnss hullámkt (npfényt) váltztln hullámhsszn kisugárzzák tér mindn irányáb, visznt iránynként más-más intnzitássl. Így z flymt hűti légkört, mly lyn mérttrtmányb ső részcskéknél lgintnzívbb, hl részcsk átmérőj összmérhtő sugárzás hullámhsszávl, vgyis µm-s trtmánybn. Id finm rszl részcskék trtznk, mlyk ily módn hűtő htást fjtnk ki, rádásul zkt ngy légköri trtózkdási idő is jllmzi. Elnylés (bszrpció): bbn z stbn bső lktrmágnss sugárzás (npfény) más nrgifjtává, pl. hővé vgy kémii nrgiává lkul. Ez flymt fűti légkört. Ilyt htást váltnk ki z égési flymtkból szármzó krm és tljrdtű, ásványi nygkt trtlmzó rszl részcskék [Si98]. A fnti két flymt gyüttsn dj sugárgyngülést (xtinkció). Áltlábn finm részcskék szóró htás rősbb fllépő bszrpciónál, d rősn

16 sznnyztt vársi trültkn (pl. Mxikóvársbn) lőfrdul, hgy átmntilg z bszrpció válik dminánssá [Eid02]. A Föld zn trültin, hl rndkívül ngy z rszl kibcsátás mérték, már észllték sugárzásgyngülés éghjlti htásit. Például Dél-klt Kínábn, köszönhtőn z utóbbi évtizdkbn ugrásszrűn mgnőtt fsszilis tüzlőnygkkl történő tüzlésnk, mgfigylték nyári mximum hőmérséklt csökknését [Ki02]. Az rszl részcskék másrészt közvttt (indirkt) htásuk révén is bflyáslják klímát: Flhőképződés: z rszl részcskék fnts szrpt játsznk flhőképződésbn. A flármló légtömg hőmérséklt csökkn, mi vízgőzr vntkztttt kritikus túltlítődéshz vztht. A tlíttté válástól kzdődht mg kndnzáció z rszl részcskékn, mint kndnzációs mgkn, záltl ktívvá válhtnk flhőképződés szmpntjából. Az ktívvá válás rősn függ részcsk fiziki (pl. mért) és kémii (pl. higrszkópsság) tuljdnságitól. Minél ngybb részcsk mért, illtv minél inkább vízldhtó, nnál lcsnybb kritikus túltlítttség. Áltlábn 0,01-0,05 µm-nél ngybb mértű, főlg vízbn ldhtó nygkból álló rszl részcskék ktiválódnk. Flhőképződés srán kndnzációs mgvk számánk mgfllőn lkul képződő flhőcsppk szám. H sk rszl részcsk vn lvgőb, és zk ktívvá is válnk, kkr több, d kisbb mértű flhőcspp kltkzik, mlykből létrjövő flhők htéknybbn szórják vissz földi légkörb érkző npsugárzást, és stbilbbk is (kisbb vlószínűséggl kltkzik bnn cspdék), mint ngybb csppkből álló flhők stébn. Ezn kisbb csppkből álló flhők így hsszbb idig hűtik földflszínt hsszbb élttrtmuk cspdékképződés vlószínűségénk kövtkztébn, másrészt lcsökkntésévl víz

17 körfrgását is bflyáslják [Rm01] és gyúttl z gys nymnygk vrtikális kvrdését is ábr 2005-r számíttt mstrségs frráskból és nptvéknységből szármzó glbális éghjlti kényszr (W/m2) 1750-hz képst (IPCC hnlp: A ábr z mbri tvéknység áltl kibcsáttt üvgházhtású gázk és légköri rszl glbálisn átlglt éghjltt módsító kényszrit muttj 2005-r vntkzón 1750-hz visznyítv számításk hibáit is fltünttv. Az ábrán láthtó, hgy z ipri tvéknységgl légkörb jutó üvgházhtású gázk légkört mlgítő htás lég jól ismrt és kis hibávl mdllzhtő. Ezzl szmbn z rszl dirkt és indirkt htásából szármzó ngtív éghjlti kényszrkt csk ngy biznytlnsággl és hibávl lht mgbcsülni jlnlg is. Rádásul különböző mdllk lpján történt számlásk rdményi is ign ngymértékbn különböznk gymástól ( ábr). Ezért z éghjltváltzás bcslés szmpntjából is rndkívül fnts lnn pntsbbn mgismrni

18 légköri rszl frrásit, lszlását és tuljdnságit, mihz tvábbi ngyszámú, mgbízhtó és gymássl összvthtő mgfigylési és nlitiki dtkr vn szükség Föld minél több pntjáról ábr Légköri rszl dirkt és indirkt htásából rdő glbális éghjlti kényszr különböző mdllszámításk lpján [IPCC: A légköri rszl közvttt és közvtln útn kifjttt hűtő és fűtő htási légkör ttjér vntkzttv összdódnk, d Föld flszínn összsségébn hűtő htás érvénysül [And05]. Ezt flymtt lhmálysdásnk nvzzük, mlynk mérték fkzts növkvő tndnciát mutttt 90-s évk ljéig [Li02], d z utóbbi évkbn inkább kifénysdés történik csökknő rszl kibcsátás kövtkztébn [Wil05]. Fnts mgjgyzni, hgy légköri rszl és z üvgházhtású gázk térbn és időbn másképp fjtik ki htásukt. Amíg z üvgházhtású gázk éjjl-nppl, glbális léptékbn fjtik ki htásukt, z rszl részcskék jóvl rövidbb trtózkdási idj mitt (néhány np) csk rginális léptékbn és csk nppl vn htássl z éghjltr, zért csk z

19 rszl frrás környékén tpsztlhtó hűtő htás, mlyk áltlábn rősn iprsdtt vgy gyrs ipri fjlődéssl jllmztt szárzföldi trültkt jlntnk [Kuf02]. E trültktől távl már z üvgházhtású gázk mlgítő htás érvénysül. Trmésztsn minél ngybb z gys régiók között így kilkuló hőmérséklt különbség, nnál ngybb lsz légkör dinmikájár gykrlt htás is. A és ábrák lpján zt is láthtjuk, hgy z rszl közvttt htásából rdő éghjlti kényszr lgvlószínűbb érték -0,7 W/m 2, d z számlásk lpján -0,35 és -1,8 között váltzht, ttól függőn, hgy mly mdllt tkintjük. Azért is lnn fnts nnk z értéknk pntsbb mghtárzás, mrt kkr mg tudnánk mndni, hgy XXI. százdbn milyn lsz glbális klím váltzás tndnciáj. 2.3 Légköri rszl gészségr gykrlt htás A légköri rszl mbri gészségr gykrlt ngtív htás régót ismrt és kutttt tém. Száms munk készült, mly srán krrlációt tláltk z rszl kncntráció és mgnövkdtt hlálzási rány között [Ri95]. Több rszágbn végztt tnulmányk zt is kimuttták, hgy összfüggés vn mgnövkdtt rszl kncntráció és légzőszrvrndszri (tüdőgyulldás, sztm) és más, érrndszri és dgnts mgbtgdésk, hlálstk mgnövkdtt kckázt között [And94]. Elint csk durv (2,5 µm-nél ngybb átmérőjű) részcskékr krstk krrlációkt, d később már vizsgáltkt végztk finm (2,5 µm-nél kisbb átmérőjű) részcskékr is, és kidrült, hgy zkr krrláció még rősbb [Wic00, Lip00]. USA-bn végztt több vársr kitrjdő vizsgált rdményként rr jutttk, hgy 10 µg/m3 tömgkncntráció növkdés durv részcskékr vntkzón 2,7 %-kl

20 [Sm00, Kni02], finmkér 4 %-kl növli mg npi hlálzás kckáztát [Pp02]. Légköri rszl részcskék lsősrbn blégzéssl jutnk z mbri szrvztb, mlyk gy rész légzőszrvrndszr különböző régióib kiülpdht, és zk gy rész ign skáig tt is mrdht és kárs htású lht. Ilyn szmpntból lsősrbn finm rszl részcskék vszélysk, mrt zk tüdő mélybb régióib ljutv tt kiülpdhtnk, és gázcsr útján vérármb bkrülv ljuthtnk más szrvkhz is [Ob05]. Ezáltl gyulldást nmcsk légzőszrvrndszrbn, hnm másutt is kzhtnk. Vérb jutv mgváltzttják nnk lvdéknyságát, mi növli trmbózis kilkulásánk kckáztát. Az gészségkársító htáskról részltsbbn Sztchsztikus Tüdőmdlll kpcslts fjztkbn szólk.

21 3. Alklmztt módszrk A légköri rszl mint gyűjtéséhz áltlábn vlmilyn szűrőt, kszkád impktrt, ciklnkt vgy zk kmbinációit hsználjuk. Azt, hgy mlyikt lklmzzuk, lsősrbn z htárzz mg, hgy milyn nlitiki módszrrl szrtnénk vizsgálni z rszl mintát. PIXE (részcsk indukált röntgn misszió) vizsgáltkhz lginkább plikrbnát lpnygú mmbránszűrők fllnk mg. E szűrők mrttt nymtchnikávl készülnk, mly plimrfólián gynlő mértű lyukk srztát rdményzi (3.1 ábr). A lgkisbb lyukátmérőjű szűrő 0,003 µm, lgngybb 8 µm. A Nuclpr Cstr plikrbnát szűrők különösn lklmsk PIXE-vl végztt rszl méréskhz, mrt nincs zvró háttrük, gynlts lyukátmérőjűk, ngy przitásuk (néhány százlék) és rndkívül véknyk ábr 0.4 µm lyukátmérőjű plikrbnát mmbránszűrő lktrnmikrszkóps kép 3.1 Kétfkztú mintvvő A ) ábrán láthtó nmztközilg is lfgdtt Gnti típusú kétfkztú mintvvővl végzzük két mérttrtmánybn történő mintgyűjtést [Hp97]. Ebbn mintvvőbn gy 8 µm és gy 0,4 µm lyukátmérőjű Nuclpr Cstr plikrbnát mmbránszűrő vn gymás után lhlyzv. Nvét nnn kpt, hgy Gnti Egytmn fjlszttték ki. A b) ábrán láthtó összállításbn állndó 18 l/prc szívósbsséggl szivttyúzzuk át lvgőt mintvvőn. Ennk rdményképpn, mivl z lőimpktr 10 µm-nél ngybb átmérőjű részcskékt nm ngdi át, gyűjtött két mértfrkció: durv módus (PM2.5-10), mly µm és

22 finm módus (PM2.5), mly 2,5 µm-nél kisbb átmérőjű rszl részcskékt trtlmzz. Az rszl PM és PM2.5 tömgét gy Srtrius gyártmányú lktrms mikrmérlggl htárzzuk mg. A finm módusú minták ún. blck crbn trtlmát gy fényvisszvrődésn lpuló módszrrl htárzzuk mg. Blck crbnn tökéltln égés srán kltkző krmt értjük. ) b) ábr ) Kétfkztú mintvétlkhz hsznált (NILU) kétfkztú kztt z zt hrdzó lőimpktrrl lláttt házzl [Hp97]. b) Mintvétlkhz hsznált szközök vázlts rjz. 3.2 Kszkád impktr Mért szrint frkcinált rszl mintsrztkt inrciális (thttlnségi) szpráció révén nyrhtünk. Ennk gyik szköz kszkád impktr (3.2.1 ábr), mly rdinmiki átmérőjűk lpján válsztj szét részcskékt. Az átszivttyúztt lvgő útj srán gyr kisbb átmérőjű fúvókákn hld krsztül gyr ngybb sbsséggl. Mindn gys fkztn csk zk részcskék tudnk krsztülhldni, mlyk átmérőj kisbb fkzt rdinmiki prmétri áltl mghtárztt kritikus értéknél. Amlyk nm tsznk lgt nnk fltétlnk bcspódnk fkzthz trtzó ütközési

23 flültb, mly gyúttl minttrtó lpként is szlgál. Ezáltl z gymást kövtő fkztkn gyr kisbb mértű részcskék rkódnk l. Hgy mi z kritikus érték z függ z dtt fkzt lőtti fúvók mértétől, fúvók és z impktr flült távlságától és z lőző fkzt bfgási tuljdnságitól. Azk részcskék, mlyk z utlsó fkztn is krsztülhldnk, gy utószűrőn ülpdnk ki. Ilyn impktrkkl ndvs és szilárd részcskékt gyránt lht gyűjtni. Az gys mértfrkciók súly jól mérhtő és részcskékt könnyn l lht távlítni minttrtóról tvábbi vizsgáltk céljából ábr Kszkád impktr smtikus rjz [Hin82].

24 3.3 A PIXE módszr A PIXE röntgnspktrszkópián lpuló nlitiki módszr. H töltött részcskévl bmbázzuk z tmt, részcsk és z tmmgt körülvvő lktrnk kölcsönhtás srán végbmgy többk között röntgnmisszió is. A flymt srán bmbázó részcskék z tm blső héjiról lktrnkt váltnk ki és z így kltkző vknciákt mgsbb nrgiájú héjkn lévő lktrnk töltik b, mlynk srán létrjövő többltnrgi mittált röntgnftn vgy könnyű lmknél Augr lktrnk kltésévl szbdul fl. PIXE-nél kltkztt röntgnsugárzást vizsgáljuk, mlyt krktrisztikus röntgnsugárzásnk hívunk, ugynis nrgiáj Msly-törvény [Ms13] lpján vizsgált tmr lsz jllmző. Attól függőn, hgy z inizáció mlyik héjn mnt végb, és mlyik mgsbb héjról töltődött b vknci, bszélünk Kα, Kβ, Lα, Lβ, Lγ, krktrisztikus röntgnsugárzásról ( ábr) ábr A fő K és L átmntk [Jh88]. A lítiumtól z uránig trjdő lmk K α és Kβ vnlink nrgiáj 0, kv, míg cinktől z uránig trjdő lmk L α, Lβ és Lγ vnlink nrgiáj 1-21,5 kv nrgitrtmányb sik. Ilyn nrgiájú krktrisztikus röntgnsugárzás dtktálásr lgtöbbször lítium-driftlt szilícium (SiLi)

25 dtktrkt, ritkább stbn grmánium dtktrkt lklmznk. Egy krszrű brillium blks Si(Li) dtktrrl nátriumnál kisbb rndszámú lmk nm vizsgálhtók, mrt K α röntgnvnlink nrgiáj lyn kicsi, hgy dtktr blkábn lnylődnk. A dtktr dtktálási htásfk nhéz lmk Kα röntgnvnlir drsztikusn lcsökkn, így körülblül 47-nél ngybb rndszámtrtmánybn K-vnlk hlytt L-vnlkt dtktáljuk. Így nátriumtól z uránig trjdő lmk vizsgálhtók ilyn dtktrrl. Ultrvékny plimr blks dtktrrl nátriumnál kisbb és bórnál ngybb rndszámú lmk is kimutthtók és záltl brillium és plimr blks dtktrk gyütts lklmzásávl bórtól z uránig tljs prióduss rndszr lfdhtő [Uz01] ábr Finm módusú rszl PIXE spktrum. A mi krszrű Si(Li) dtktrk nrgiflldás ~130 V, mly mngán 5,9 kv nrgiájú Kα csúcsánk félértékszélsség. Ez zt jlnti, hgy spktrumbn ngyn jól szétválnk z gymáshz ngyn közl ső

26 röntgnvnlk is. Ezt muttj ábrán láthtó légköri rszl PIXE spktrum is. Egy dtt mátrixbn, z lm dtt mátrixr vntkzó dtktálási htáránk nvzzük zt kncntrációt, mlyr kptt válszjl átlg z lpvnl szórásánk hármszrs (3σ), mly gy nlitiki módszrnk tlán lgfntsbb jllmzőj. A dtktálási htárt ki lht fjzni bszlút módn, zz tömgbn, vgy rltív módn, zz kncntrációbn, mlyt áltlábn µg/g-bn vgy ppm-bn (10-6 g/g) dnk mg. A ábrán gy vékny szrvs mint minimálisn dtktálhtó kncntrációi vnnk ábrázlv prtnnrgi és rndszám függvényébn [Jh88]. Jól látszik z ábráról z is, hgy PIXE 20<Z<35 és 75<Z<85 rndszámtrtmányb ső lmkr lgérzéknybb, mlyb bilógii és glógii kuttásk szmpntjából fnts nymlmk zöm is trtzik. A módszr rltív érzéknység g/g, minimálisn dtktálhtó nygmnnyiség g, trmésztsn mint jllgétől, vstgságától és nylábmérttől függőn. A mghtárzás rltív hibáj 5-10% ábr Minimálisn dtktálhtó kncntrációk g/g-bn rndszám (Z) és prtn nrgi (MV-bn) függvényébn gy vékny szrvs mint stébn [Jh88]. Ep

27 A ábrán z is jól láthtó, hgy z ptimális érzéknység kisnrgiájú, vgyis 2-4 MV közötti prtnbmbázás stén érhtő l, mi zt jlnti, hgy kisnrgiájú gyrsítók, mint pl. Vn d Grff (VdG) gyrsítók kitűnőn lklmsk PIXE módszr lklmzásáhz. PIXE módszrrl történő nlízisnk tvábbi lőnyi kövtkzők: kis nygszükséglt, vstg mint stén mg, vékny mint stén ~50 µg/cm2; lgtöbb mint nm igényl különösbb lőkészítést mérés lőtt; gyrs, vgyis spktrum gyűjtési idj áltlábn néhány prc és fél ór között váltzik; rncslásmnts (bilógii mintáktól ltkintv), így lhtővé válik PIXE-vl vizsgált minták más módszrkkl vló tvábbi nlízis, vlmint értéks minták, mint pl. művészti és régészti minták vizsgált; mikrnylábbl is végzhtünk PIXE nlízist nukláris mikrszndákkl, mllyl g dtktálási htár is lérhtő; szbd lvgőr kihztt nyláb stén is lklmzhtó. A PIXE módszr fő célj vizsgált mint lmi össztvőink rltív vgy bszlút kncntrációink mghtárzás. Jól mghtárztt összfüggés áll fnn spktrumbn mgjlnő K és L röngtncsúcsk ltti nttó trült és mintábn lévő lmk mnnyiség között, mi lhtővé tszi mnnyiségi nlízist. Mivl z inizációs htáskrsztmtsztk jól számlhtók, kísérlti lrndzés prmétri és bgyűjtött össztöltés ismrtébn z lmkncntrációk mghtárzhtók (bszlút kncntráció mghtárzás). Az irdlmból száms PIXE kiértéklő prgrm ismrt, mint pl. HEX, AXIL, GUPIX [Mx89], PIXAN [Cl87], PIXYKLM. Az ATOMKI-bn flyó

28 PIXE méréskhz z intéztbn kifjlszttt PIXYKLM [Zl88, Sz89, Sz93] prgrmcsmgt hsználjuk, mly többk között z lábbikt végzi l: spktrum illsztését; kncntrációszámítást; számlj z inizációs és ffktív röntgnkltési htáskrsztmtsztkt K, L, M vnlkr; figylmb vszi z lábbikt: másdlgs grjsztési flymtk, pil-up ffktus, scp (mgszökési) ffktus, jlfldlgzó rndszr hltidj. Pil-up ffktus kkr jön létr, h két röntgnftn lgndőn rövid intrvllumn blül érkzik dtktrb hhz, hgy zkt rndszr úgy dlgzz fl, minth z rdti két ftn nrgiájánk összgévl gynlő nrgiájú ftn érkztt vln. Escp (mgszökési) ffktusn kövtkzőt értjük: dtktr flülténk közlébn végbmnő ftlktrms kölcsönhtás kövtkztébn kltkztt K röntgnsugárzás mgszökés, mlyk z rdti ftnnrgiánál szilícium K nrgiájávl kisbb nrgián jlnnk mg spktrumbn. 3.4 A PIXE mérőrndszr Az értkzésbn szrplő méréskt z ATOMKI 5 MV-s VdG gyrsítóján [Kl79] végztük. A Vn d Grff gyrsító gy lktrszttikus részcskgyrsító ( ábr). A mtrrl mghjttt T 1 és T2 tárcsákn körülfutó, slymből vgy lklms más szigtlőnygból készült S szlgt néhány kv fszültségű C 1 csúcs tölti fl. A töltés szlgról C 2 tűsrn krsztül szigtlt G lktród külső flültér krül. E flymt ddig tölti z

29 lktródát, míg l nm éri rndszr z átütési szilárdságát, vgy míg vsztségi árm mg nm hldj töltő ármt. Vsztségi ármn szigtlő flültén, gyrsítócső llnállás-sztóláncán flyó árm és részcskárm összgét értjük. Az átütési szilárdság növlésér gyrsítót lyn trtályb hlyzik, mly ngy nymású és ngy átütési szilárdságú szigtlő gázzl vn fltöltv, mi áltlábn N2 és CO2 gáz mghtárztt rányú kvrék [Sim73, Bud94] ábr Vn d Grff gnrátr. T1 és T2 tárcsákt, S szigtlő nygból készült szlgt, C1 fltöltő csúcst, C2 tűsrt és G szigtlt lktródát jlöli [Bud94]. Az ATOMKI mximálisn 5 MV trminálfszültségű gyrsítój áltl lőállíttt töltöttrészcsk-nylábt gy nlizáló mágns sgítségévl térítjük vízszints pályár, mly gyúttl töltött részcskék tömg szrinti szprálását is lvégzi. Ezt kövti gy lőfókuszálás, mjd nylábt kpcslómágns sgítségévl vlmlyik nylábcstrnáb irányítjuk. A nylábcstrnák nvükt z nlizált nyláb irányávl bzárt szögük lpján kpták. Ennk lpján

30 bszélünk jbb és bl 45 -s, jbb és bl 30 -s és 0 -s nylábcstrnákról ( ábr) ábr Az ATOMKI 5 MV-s VdG gyrsítójánk nylábcstrnái és mérőhlyi. A PIXE mérőrndszr [Br97] bl 45 -s nylábcstrnán hlyzkdik l, mlynk smtikus rjz ábrán láthtó. A méréskhz áltlábn 2 MV nrgiájú prtnnylábt hsználunk, mrt z z nrgi háttér és kimutthtó kncntráció szmpntjából is ptimálisnk tkinthtő. A prtnnyláb gy réspárn, gy 0.51 µm vstgságú nikkl szórófólián és csrélhtő blndés kllimátrkn krsztül jut mintár, így kpjuk mg mgfllő nylábmértt és tljs nylábkrsztmtszt fltti gynlts intnzitáslszlást. A mint nylábiránnyl 45 -s szögt zár b. A mintából kilépő röntgnsugrkt nylábirányhz képst 135 -bn lhlyztt Si(Li) röntgndtktrrl mérjük. H kis nrgiájú intnzív röntgnvnlkt ki krjuk szűrni nnk érdkébn, hgy mgsbb rndszámú, d jóvl kisbb

31 kncntrációbn lőfrduló nymlmkt is észllhssük, céltárgy és dtktr közzé mgfllő bszrbns fóliát hlyzhtünk l ábr Az ATOMKI PIXE mérőrndszrénk smtikus rjz [Br97]. Annk érdkébn, hgy bmbázó prtnnyláb intnzitását pntsn tudjuk mérni vékny és vstg mint stébn gyránt, mérőkmr nylábcstrnáhz képst tljsn l vn szigtlv, így mg kmr gy Frdy-klitkánk tkinthtő. Tvábbá mintából kilépő szkundr lktrnk, vlmint szórt prtnk ármmérést bflyásló htását kllimátrrndszr blndéir dtt mgfllő pzitív és ngtív fszültségk szünttik mg. Szigtlő mint stébn mint fltöltődését kdályzz mg, és záltl háttér mgnövkdését, vl szmbn lhlyztt lktrnfrrás. A dtktr dt jlk z lőrősítőből z NZ-881 digitális jlfldlgzób [Lk90, Lk91] és skcstrnás nlizátrb krülnk.

32 4. Légköri rszl időbli váltzásánk vizsgált 4.1 Kétfkztú mintvvővl gyűjtött minták vizsgált Az ATOMKI udvrán 1996 ót történik rndszrsn, hti két lklmml mintgyűjtés kétfkztú Gnti típusú mintvvővl. Az közötti időtrtmr kptt dtbázisból mindn lmr, tvábbá tljs PM és PM2.5 tömgkr vlmint blck crbnr hvi átlgkncntrációkt számltm. Az így kptt átlgkt z idő függvényébn ábrázlv ngyn jól lht kövtni z gys rszl össztvők szznális váltzásit. A ábrán durv, finm és blck crbn kncntrációk szznális váltzási láthtók. A grfiknkról gyértlműn kitűnik, hgy finm módusú rszl részcskék összkncntrációjánk és blck crbnnk tlnként vlt mximum, nyrnként minimum. A durv módusú rszl részcskék összkncntrációj pdig pntsn frdítv vislkdtt, vgyis nyárn vlt mximum, míg tlnként minimum. Ez részbn zzl mgyrázhtó, hgy téln tljszrkzt fgy és hótkró htásár mgváltzik és záltl kvsbb részcsk jut légkörb. Az közötti tljs időszkbn PM2.5 és blck krbn gyértlmű csökknő tndnciát mutttt. A PM is htárztt csökknést mutttt z közötti időszkbn, mjd zt kövtőn gyértlműn növkdtt. A ábrán több lsősrbn trmészts rdtű lm szznális váltzási láthtók. Mindgyikr tljsül, hgy hvi átlgkncntrációiknk szználisn nyárn vlt mximum és téln vlt minimum finm és durv módusnk gyránt. A hsszú távú tndnciákt figylv klcium és vs stébn között csökknő, míg között növkdő tndnciát mutttk z átlgkncntrációk mindkét mérttrtmánybn. Szilícium és titán stébn is csökknő vlt z átlgkncntrációk tndnciáj között,

33 visznt között stgnált. Mngán stébn nm vlt mgfigylhtő gyértlmű növkdés vgy csökknés gyik mérttrtmánybn sm. 3] Kncntr ci µg/m [ PM2.5-PM10 PM2.5 BC vk ábr Durv (PM2.5-10), finm (PM2.5) és blck crbn (BC) szznális váltzás.

34 Durv m dus Finm Finm módus m dus C Kncntr ci [ng/m3] C F F Mn Mn Si Si Ti Ti vk ábr Trmészts rdtű lmk átlgkncntrációi. A ábrán láthtó lsősrbn ntrpgén rdtű lmk stébn szználisn téln vltk mximumk, nyárn pdig minimumk mindgyik frkcióbn, kivév káliumnál durv módusbn, hl nyrnként vlt z átlgkncntrációknk mximum, tlnként mg minimum. A kálium finm módusát lktó rszl téli tüzlés rdmény, ugynis bimssz égtésnél ngy mnnyiségű káliumtrtlmú rszl jut légkörb, míg durv módust lktó részcskék nm mstrségs frrásból szármznk. Ezzl mgyrázhtó két módus ilyn ltérő vislkdés. A finm módusbn kén és

35 réz stébn már nm vlt mgfigylhtő z z évszks különbség. A tljs időszkt figylmb vév kén, ólm és cink stébn finm módusbn tljs vizsgált időszkbn gyértlmű csökknő tndnci vlt mgfigylhtő, míg durv módusbn között csökknő, között pdig növkvő vlt tndnci. A réz stén mindkét mérttrtmánybn között csökknést, között pdig növkdést figylhtm mg. Finmmódus m dus Finm Kncntr ci [ng/m3] Durv m dus S S Pb Pb Zn Zn Cu Cu K K vk ábr Mstrségs rdtű lmk átlgkncntrációi.

36 Számltunk ún. krrlációs gyütthtókt z lmkncntrációk és z ltlt idő között és s időtrtmr, mlykt táblázt mutt. A ngtív értékk kncntrációk csökknését, míg pzitív értékk kncntrációk növkdését muttják. A vstgíttt értékk szignifikáns csökknést, ill. növkdést jlölnk. A tábláztbn kptt értékk is mgrősítik grfiknkn láthtó kncntrációváltzásk tndnciáit táblázt Az lmkncntrációk és z ltlt idő között számlt krrlációs gyütthtók. Elmk Si S Cl K C Ti V Mn F Ni Cu Zn Pb Tömg BC Finm módus Durv módus Finm módus Durv módus Tljs Fűtési idősz. idősz. Nm fűtési Tljs idősz. Fűtési idősz. Nm fűtési Tljs idősz. Fűtési idősz. Nm fűtési Tljs idősz. Fűtési idősz Nm fűtési Összfgllv z mndhtó l, hgy tljs finm frkció, vlmint finm frkció több lktólménk kncntrációj is csökknt, mi több sznnyző frrás gyngülésér utl. Ugynkkr tljs durv frkció, vlmint durv frkcióbn lévő tljrdtű lmk kncntrációjábn növkdést tpsztltm. H figylmb vsszük, hgy z utóbbi évtizdbn Dbrcn trültén jlntősn mgnőtt gépkcsifrglm, kkr így kimutttm már gyszr kiülpdtt prnk gépkcsifrglmnk (újrflvrődését). köszönhtő fkztt rszuszpnzióját

37 4.2 Dbrcn Európ finm módusú rszl térképén Az utóbbi időkbn száms publikáció jlnt mg urópi gyüttműködéskről [Göt05, Hit04, Hu01, Put04, Vn04], mlybn lsősrbn lyn nyugt- és közép-urópi lbrtóriumk rdményi szrpltk, hl finm módusú rszl gyűjtés is flyik. Trmésztsn különböző hlykről különfél módszrkkl gyűjtött rszl minták összhsnlítás nm gyszrű fldt. Ezzl kpcsltbn több cikk is szülttt [Bri04, Mül04]. Srszám Éghjlt Ócáni Ndvs kntinntális Szárz kntinntális Hgyvidéki Mditrrán Mérséklt sivtgi Tjg Tundr Trópusi sivtgi Szvnn Egynlítői ábr Éghjlti térkép urlkdó széliránykkl [Köp06]. Dbrcn z Alföldön lhlyzkdő lkssl rndlkző várs, mlyt mzőgzdsági trültk vsznk körül és nhézipr nincs környékn. Mtrlógiilg rndkívül érdks hlyn tlálhtó z várs. A ábrán láthtó térkép jól muttj, hgy Dbrcn ndvs és szárz kntinntális, mditrrán és hgyvidéki éghjlti trültk tlálkzásánál hlyzkdik l, mlyk mindgyik htássl vn tlpülés időjárásár. Tljtnilg lösz és

38 hmks trültk tlálkzásánál fkszik, és fltkbn lég sk rdő is tlálhtó vársbn és környékn. Az összhsnlítás lpjául szlgáló cikkbn [Göt05] 21 hlyszínn június és dcmbr között gyűjtött rszl dtkt dlgztk fl. Mivl Dbrcnbn bbn z időbn már történt rndszrs mintgyűjtés z ATOMKI udvrábn, zért zkt z dtkt tudjuk Götschi cikk rdményihz kpcslni és gyütt kzlni őkt. A hlyszínkt táblázt muttj, mlyk jó rész nyugt urópi várs táblázt Götschi [Göt05] cikkébn szrplő hlyszínk Dbrcnnl kigészítv. Ország Blgium Hlyszín (várs) Antwrpn déli rész Antwrpn blvárs Frncirszág Párizs Némtrszág Erfurt Svájc Bsl Spnylrszág Brcln Gldk Albct Ovid Hulv Frncirszág(Alpk) Grnbl Olszrszág Pvi Trinó Vrn Angli Ipswich Nrwich Izlnd Rykjvik Svédrszág Götbrg Um Uppsl Észtrszág Trtu Mgyrrszág Dbrcn A ábrán z gys hlyszínkn számlt átlgs szilíciumkncntrációkt láthtjuk. Szggttt vnlll pdig vlmnnyi hlyszínn számlt átlgs kncntráció láthtó. Az ábráról ngyn jól látszik, hgy Dbrcnbn jóvl z átlg ltti értékt kptunk, mi skndináv

39 rszágkbn és Angliábn kptt értékkkl közl gynértékű. Ezzl szmbn Spnylrszág több hlyszínén és Olszrszágbn jóvl z átlg fölötti értékkt mutt grfikn. B n l rc k ld G t c lb A d i v O lv u H l b n r G i v P ó rin T n r V h ic w s Ip h ic rw N i v j k y R rg b t ö G m U l s p U rtu T n rc b D li é.d rp tw n A A lv.b rp tw n [/m ó rá c n ik v é s g tl Á P s riz á t rfu E l s B 3] Si Hlyszín ábr Szilícium évs átlgs lmkncntrációi. Szggttt vnl vlmnnyi hlyszín összsíttt átlgát muttj. 3] S li é.d rp tw n A A lv.b rp tw n [/m ró c n k s g tl iá v É P s riz á t rfu E l s B B n l rc k ld G t c lb A d i v O lv u H l b n r G i v P ó rin T n r V h ic w s Ip h ic rw N i v j k y R rg b t ö G m U l s p U rtu T n rc b D 0 Hlyszín ábr Kén évs átlgs lmkncntrációi. Szggttt vnl vlmnnyi hlyszín összsíttt átlgát muttj.

40 Kén stébn ( ábr) z átlgkncntrációk skkl kvésbé tértk l gymástól, mint szilícium stébn. Dbrcnbn és lgtöbb hlyn gyránt z átlg körüli értékt kptunk. Egydül Antwrpnbn, Olszrszágbn és gys spnyl várskbn mértk átlg fltti értékkt. B n l rc k ld G t c lb A d i v O lv u H l b n r G i v P ó rin T n r V h ic w s Ip h ic rw N i v j k y R rg b t ö G m U l s p U rtu T n rc b D li é.d rp tw n A A lv.b rp tw n [ ró c n k s g tl iá v É P s riz á t rfu E l s B µg /m3] PM2.5 Hlyszín ábr Finm módus évs átlgs lmkncntrációi. Szggttt vnl vlmnnyi hlyszín összsíttt átlgát muttj. A tljs finm frkció stébn ( ábr) ismét átlg körüli érték vlt Dbrcnbn. Olszrszágbn visznt többszörös vn z átlgnk, míg Skndináviábn jóvl kisbb értékk láthtók. Dbrcnbn rndszrsn mérjük finm frkció blck crbn trtlmát fényvisszvrődésn lpuló módszrrl. A többi hlyszínn fénybszrpciós módszrrl (ABS) mérik blck crbnt, mi szrncsér összvthtő mi dtinkkl [Mül04] ( ábr.). E tkinttbn Dbrcnbn átlg fltti értékt kptunk. Ennél ngybb értékt csupán Antwrpnbn, Brclnábn és lsz várskbn mértk. A többi hlyszínn cívisvársinál kisbb érték dódtt. A lgkisbb értékkt mst is Skndináviábn mérték.

41 li é.d rp tw n A A lv.b rp tw n P s riz á t rfu E l s B B n l rc k ld G t c lb A d i v O lv u H l b n r G i v P ó rin T n r V h ic w s Ip h ic rw N i v j k y R rg b t ö G m U l s p U rtu T n rc b D S B A ABS Hlyszín ábr ABS értékk. Dbrcn stén blck crbn érték [µg/m3] gységbn. Szggttt vnl vlmnnyi hlyszín összsíttt átlgát muttj. Trmésztsn lmkncntrációknk szznális mindn váltzási gys is hlyszínn. vltk Ezért z gys külön-külön mgvizsgáltm nyári és téli dtkt. A téli dcmbr 1. és fbruár 28., míg nyári június 1. és ugusztus 31. közötti időszkt öllt fl. A PM2.5 téli és nyári átlgit ábr muttj z összs hlyszínn. A téli és nyári értékk rányát is fltüntttm, mly ngyn jól kövti téli mximumkt. A téli mximumk mst is Olszrszágbn vltk lgngybbk, míg skndináv rszágkbn lgkisbbk, és zknél dbrcni sm skkl vlt mgsbb. A nyári mximumk között mssz nm vlt lyn ngy különbség z gys urópi hlyszínkn. A klórkncntrációk szznális váltzási ign jlntős különbségt mutttk szrt Európábn. A tngrvizk párlgásából, ngy szlk áltl hullámk vízprmtéből vlmint z lnylt légbubrékk szétpukknásából ngy mnnyiségű (évnt 1,3 millió tnn) tngri sót trtlmzó rszl jut légkörb, mly ngy mnnyiségbn trtlmz többk között klórt is.

42 µg /m 3] 80 3,5 PM Tél Nyár 60 Tél/Nyár , ,5 30 0, B n l rc k ld G t c lb A d i v O lv u H l b n r G i v P ó rin T n r V h ic w s Ip h ic rw N i v j k y R rg b t ö G m U l s p U rtu T n rc b D 0 li é.d rp tw n A A lv.b rp tw n P s riz á t rfu E l s B [ ó c k g rt á y n lis é T r á y l/n é T 1 20 Hlyszín ábr A nyári és téli átlgkncntrációi finm frkciónk. Szggttt vnl vlmnnyi hlyszín összsíttt téli/nyári átlgát muttj Cl tél 3000 nyár 2500 lgtél/nyár 1,8 1,6 1,4 3 ] 1, ,8 r á y /n té g l 0,6 n K /m [g ió trá c , ,2 0 li é.d rp tw n A A lv.b rp tw n P s riz á t rfu E lb s n l rc B k ld G t c lb A d i v O lv u H l b n r G i v P ó rin T n r V h ic w s Ip h ic rw N i v j k y R rg b t ö G m U l s p U rtu T n rc b D 0 Hlyszín ábr A klór nyári és téli átlgkncntrációi. Az gys hlyszínkn mért átlgs klórkncntrációkt ábr muttj téli és nyári értékkt külön-külön. Mind nyári és mind téli értékk Dbrcnbn lgkisbbk közé trtztk, köszönhtőn nnk is, hgy z várs vn lgmsszbb z ócántól, mint lgfőbb frrástól. A frrástól

43 (tngrprttól) mért távlság lpján tünttv fl kncntrációkt ( ábr) z láthtó, hgy z gys kncntrációértékk nm közvtlnül z ún. Prsn krrlációs fktrt jlölő szggttt vnl mntén hlyzkdnk l, hnm ttól jóvl msszbb is tlálhtók z gys hlyszínkt jlölő pntk. Ennk z k z, hgy légköri rszl szárzföld blsj flé hldv, rngtg módsító htásnk vn kitév. Egyrészt kvrdik kntinnsn lévő mbri tvéknység áltl trmlt más klórttlmú rszl részcskékkl mgváltzttv záltl kncntrációjukt. Másrészt hlyi időjárási visznyk is módsítják z lszlásukt, tvábbá gys légkörkémii flymtk is htássl vnnk rájuk ábr A klórkncntrációk tngrtől mért távlság függvényébn. A szggttt vnl Prsn krrlációs fktrt jlöli, mlynk érték: -0,5116. A szilícium és lumínium lmk gymáshz visznyíttt rányát muttj ábr. A Föld átlgs Si/Al rány 3,409 [Ms66], mit SiO 2 és földkérg Al2O3 össztvőj lpvtőn bflyásl. Ez z érték gygásványkbn 1,04 és 2,07, míg kövkbn és tljbn 3,41 és 4,65 között váltzik [Rh76]. A Si/Al érték légköri rszl stébn 1,40-4,63 között

44 váltkzik. Vlmnnyi hlyszínn kptt rányk átlg 2,29. Jóvl z átlg fltti érték vlt frncirszági Grnbl és spnyl Hulv várskbn, míg Dbrcnbn jócskán átlg ltti rány vlt 1,56 értékkl. A krábbi mérésknél is hsnló értékt kptunk cívisvársr 1,46 [Br99] és 2,21 [Br99b] értékkkl Si 1400 Al 5 Si/Al ] /m [g ió trá c n K y n rá l i/a S li é.d rp tw n A A lv.b rp tw n P s riz á t rfu E l s B B n l rc k ld G t c lb A d i v O lv u H l b n r G i v P ó rin T n r V h ic w s Ip h ic rw N i v j k y R rg b t ö G m U l s p U rtu T n rc b D 0 Hlyszín ábr Az lumínium és szilíciumkncntrációk és gymáshz visznyíttt rányuk. A szggttt vnl vlmnnyi hlyszín összsíttt átlgát muttj.

45 5. Vársi és vidéki trültkn gyűjtött rszl minták vizsgált Az NKFP prjkt krtébn július 21. és ugusztus 3. között hárm hlyszínn gyidjűlg gyűjtöttünk rszl mintákt. Az gyik vársi hlyszín Budpst, másik Dbrcn vlt. A háttér trült K-puszt vlt, mly Kcskmét-Méntlktől néhány kilmétrr gy rdőbn lhlyzkdő tisztás, hl z Országs Mtrlógii Szlgált mérőállmás tlálhtó (5.1. ábr). Ez hly lktt trültktől távl hlyzkdik l, így mgfllő háttértrültn történő méréskhz ábr Országs Mtrlógi Szlgált mérőállmás K-pusztán. Térképn z állmás hlyét zöld csillg jlzi. Az rszl mintákt gyrészt Gnti típusú kétfkztú mintvvővl gyűjtöttük z összs hlyszínn, tvábbá Budpstn és K-pusztán PIXE Intrntinl típusú hétfkztú kszkád impktrrl is végztünk mintvétlt 24 órás gyűjtési idővl. A minták lmkncntrációit PIXE módszrrl htárztuk mg z ATOMKI 5 MV-s Vn d Grff gyrsítójár tlpíttt PIXEmérőlrndzésn történt méréskkl és PIXEKLM prgrmml végztt kiértékléssl.

46 5.1 Kétfkztú mintvvővl gyűjtött minták vizsgált Mindhárm hlyszínn történt Gnti típusú kétfkztú mintvvővl mintgyűjtés július 21.-ugusztus 3. között. Sjns tchniki kk mitt július 24-én és július 26-án nm sikrültk budpsti mintgyűjtésk, így rr két npr csk Dbrcnből és K-pusztáról vnnk mért dtk. Klcium: ábráról láthtó, hgy ugusztus 1. kivétlévl vlmnnyi np Budpstn többszörös kncntrációkt mértünk, mint Dbrcnbn és K-pusztán mindkét módusbn. Dbrcni értékk átlgbn gy kicsivl vltk mgsbbk K-pusztihz képst ábr Klcium lmkncntrációi.

47 ábr Szilícium lmkncntrációi. Szilícium: klciumhz hsnlón itt is Budpstn vlt lgngybb kncntráció rr z lmr gy-két nptól ltkintv ( ábr). Például július 21-én dbrcni értékk kissé mghldták budpstit mindkét módusbn. K-pusztán vltk lgkisbbk kncntrációk, visznt különbségk mssz nm vltk lyn ngyk, mint klcium stébn. Vs: z ábr lpján lmndhtó, hgy itt is Budpstn mértük lgngybb kncntrációkt ugusztus 1. kivétlévl. Áltlábn kétszrs vgy hármszrs vlt dbrcni kncntrációknk mindkét módusbn. A K-puszti és dbrcni értékk között pdig nm vlt ngy különbség.

48 ábr Vs lmkncntrációi. Titán: z ábr tnulság szrint itt is Budpstn kptm lgngybb kncntrációkt, visznt nm vlt lyn mértékbn ngybb többi hlyszínhz képst, mint z lőző lmknél. Augusztus 1. itt is kivétl, ugynis kkr Budpstn kisbb vlt kncntráció, mint Dbrcnbn és K-pusztán durv módusbn vlmint Dbrcnbn finm módusbn. K-pusztán zn gy np kivétlévl ngyn kis kncntrációkt kptm, sőt finm módusbn több np is kimutthtósági htár ltti kncntrációkt mértm ábr Titán lmkncntrációi. Kén: zn ntrpgén lm stén kncntrációk mindhárm mérőhlyn gykrltilg mggyztk gymássl és gyszrr váltztk. K-pusztán vlt néhány np, mikr kiugrón mgs értékkt kptm finm módusbn. Ez ngyn jól láthtó z ábrán is. Az is ngyn jól kitűnik grfiknkról, hgy finm módusbn többszörösét, mégpdig átlgbn ötször-htszr ngybb kénkncntrációkt kptm mindn hlyszínn, mint durv módusbn.

49 ábr Kén lmkncntrációi. Klór: durv módusbn kncntrációértékkt, míg csk Budpstn Dbrcnbn és kptm ngybb K-pusztán gyűjtött rszlbn ngyn kis mnnyiségbn, áltlábn kimutthtósági htár ltti értékkbn vlt jln. Kivétl itt is ugusztus lsj vlt, mikr Kpusztán Budpstinél is ngybb kncntrációt mértm és Dbrcnbn is mérhtő értékt kptm ( ábr). Finm módusú rszlnál sm Budpstn, sm Dbrcnbn nm kptm gykrltilg gytln npr sm dtktálási htár fltti kncntrációkt. K-pusztán visznt néhány np mérhtő értékkhz jutttm ábr Klór lmkncntrációi.

50 ábr Cink lmkncntrációi. Cink: nnél z lmnél gykrltilg mindn np Budpstn kptm lgmgsbb kncntrációkt mind durv, mind finm frkcióbn gyránt. Trmésztsn mst is z ugusztus lsj vlt kivétl, mikr finm módusbn K-puszti többszörösn, dbrcni is jóvl mghldt Budpstn mértkt. A K-pusztán és Dbrcnbn mért kncntrációk közl znsk vltk gy dtt np, hl z gyik, hl másik hlyn ngybb gy kicsit ( ábr). Ólm: nnél is budpsti értékk vltk lgmgsbbk július 27., 30., 31. és ugusztus 1. npktól ltkintv, mikr Budpstn ngyn lcsökknt mindkét módusbn z ólmkncntráció ( ábr). Átlgbn másfél-kétszrs vltk finm módusú kncntrációk durváhz képst.

51 ábr Ólm lmkncntrációi ábr Fszfr lmkncntrációi. Fszfr: durv módusbn nm vltk lénygs különbségk különböző hlyn mért kncntrációk között. Egydül július 22-én kptm gy kiugró értékt Dbrcnbn. A finm módusú kncntrációk áltlábn kimuttási htár környékén mzgtk, így nm igzán tudtm zn dtkból msszmnő kövtkzttéskt lvnni ( ábr). Kálium: z ábrán lévő grfiknkn ngyn jól láthtó, hgy mind durv, mind finm módusbn tljsn rndszrtlnül váltztk kncntrációk gymáshz képst. Hl z gyik, hl másik hlyszínn vlt ngybb kncntráció. Átlgbn lmndhtó ugyn, hgy Budpstn vlt lgngybb kncntráció, d npról npr váltztt hlyzt. Finm módusbn több np Budpstn és Dbrcnbn is

52 dtktálási htár ltti értékkt kptm, mlyk trmésztsn nincsnk mgjlnítv grfiknn ábr Kálium lmkncntrációi. Réz: érdksségképpn muttm mg nnk z lmnk kncntrációit z ábrán. Áltlábn ngyn kicsiny értékkt kptm rájuk néhány kivétltől ltkintv. Július 21-én mindn hlyszínn többszörös vlt kptt kncntráció többi npkhz képst mindkét módusbn. Ezn kívül Budpstn július 25-én durv módusbn, 26-án finm frkcióbn vlt gy-gy kiugró érték. Vlmint ugusztus lsjén Kpusztán mindkét frkcióbn, Dbrcnbn pdig 28-án és 29-én kptm jóvl mgsbb értékkt szintén mindkét módusbn ábr Réz lmkncntrációi.

53 Az tábláztbn kmpány tljs időszkár vntkzó átlgkncntrációkt tüntttm fl durv és finm módusr gyránt. Ez lpján tlj rdtű lmknk, mint szilícium, klcium, titán és vs, durv és finm módusbn gyránt Budpstn mértm lgngybb kncntrációkt. Dbrcnbn és K-pusztán dtktált értékk nnél jóvl kisbbk vltk. Tvábbá K-puszti értékk gy kicsit lcsnybbk vltk dbrcninél. Antrpgén rdtű lmknél, mint kén, kálium, réz, cink és ólm, durv módusbn szintén budpsti értékk vltk lgmgsbbk, míg dbrcni és K-puszti dtk közl znsk. A finm frkcióbn visznt z lőbb flsrlt lmk stébn már váltztsbb vlt hlyzt. Réz, cink és ólm stén Budpstn mértm lgmgsbb kncntrációkt, míg Dbrcnbn lglcsnybbkt. Kén és kálium stébn visznt K-pusztán vltk lgmgsbbk z átlgkncntrációk hárm hlyszín közül, míg Dbrcnbn lglcsnybbk. Mg kll mlítnm még klórt, mlynél Budpstn vlt lgmgsbb kncntráció, míg Dbrcnbn lglcsnybb durv frkcióbn. Finm frkció stén csk K-pusztán vlt mérési dtm. Fszfr stén nm vlt lénygs különbség hárm hlyszínn mért kncntráció között.

54 táblázt A tljs időszk lmkncntráció átlgi ng/m3-bn. Durv módus Finm módus Dbrcn Budpst K-puszt Dbrcn Budpst K-puszt Kálcium 294,4 981,1 274,6 45,6 121,2 41,6 Szilícium 439,9 558,6 297,3 103,2 129,5 79,2 Vs 266,3 469,4 181,2 75,9 140,5 61,3 Titán 16,0 22,3 10,1 2,8 4,0 2,3 Kén 167,6 240,5 164,9 981,6 1109,6 1268,0 Klór 3,4 27,0 7,3 22,1 Cink 7,6 19,9 9,0 9,7 16,0 14,2 Ólm 4,8 6,3 4,4 11,5 17,7 14,6 Fszfr 15,7 16,7 25,8 10,5 15,9 12,8 Kálium 117,0 136,8 108,5 69,4 80,2 85,9 Réz 5,4 10,0 6,9 3,2 5,8 3,8 A durv és finm módusú minták lmkncntrációink időbli váltzás kövtt z időjárás váltzásit, ugynis sős npkn csökknt kncntráció. A kmpány időszkábn gymást kövtték z időjárási frntk kidós cspdék kísértébn. A lgngybb ső K-pusztán július 29-én hulltt, mlyt z lmkncntrációk jó részén mg is látszik. A trmészts rdtű lmknk (Si, C, Ti, F) kncntrációj mindkét módusbn zn npn vlt lgkisbb. Hsnlót figylhttünk mg réz és kálium stén is. 5.2 Hétfkztú kszkád impktrrl gyűjtött minták vizsgált Két hlyszínn, Budpstn és K-pusztán, gyidjűlg történt hétfkztú kszkád impktrrl mintgyűjtés július 21.-ugusztus 1. között. Az impktr gyűjtési mérttrtmányit z táblázt muttj.

55 táblázt A kszkád impktr gyűjtési mérttrtmányi. Fkzt Mérttrtmány (µm) >16 A kövtkzőkbn nm z gys fkztkbn gyűjtött kncntrációk, hnm kncntrációrányk (CBp/CKp) lpján fgm z gys lmk vislkdését vizsgálni. Mégpdig budpsti és K-puszti kncntrációk rányát tünttm fl z ábrákn, záltl infrmációt kpk rról, hgy mikr és hl vlt éppn ngybb kncntrációj gy dtt lmnk gy dtt mérttrtmánybn. Klcium: ábráról láthtó, hgy mjd z összs mérttrtmánybn budpsti kncntráció többszörös, mint mit K-pusztán mértk ábr Klcium kncntrációrányi. Szilícium: z lm vislkdés rndkívül érdks vlt. 0,25-0,5 µm mérttrtmánybn július között K-puszti, míg július 29ugusztus 1. között budpsti kncntrációk vltk gyértlműn mgsbbk. 2-8 µm mérttrtmánybn Budpstn kptm ngybb

56 értékkt. 16 µm flttibn K-pusztán mért értékk vltk gyértlműn mgsbbk július 28-ig, zt kövtő időszkbn visznt Budpstn ( ábr) ábr Szilícium kncntrációrányi. Vs: vlmnnyi fkztbn tljs időszkbn budpsti kncntrációk átlgbn 5-10-szr mgsbb vltk, mint K-puszti értékk ( ábr). Titán: mérhtő kncntrációkt csk z 1-8 µm mérttrtmányb kptm. Ezn blül z 1-2 µm mérttrtmánybn jó néhány np vlt, mikr Budpstn mért kncntrációk kisbbk vltk ( ábr). 2-8 µm mértű részcskéknél vlmnnyi kncntráció, hl mérhtő mnnyiségt kptm, pusztiknk. budpstik többszörösi vltk K-

57 ábr Vs kncntrációrányi ábr Titán kncntrációrányi. Kén: kncntrációrányk lpján négy csprtb srltm mérttrtmánykt ( ábr):

58 0,25-0,5 µm és 4-8 µm: kncntrációk Budpstn vltk ngybbk tljs időszkbn. 1-2 és 8 µm fltt: K-pusztán végig mgsbb értékkt kptm. 2-4 µm: z lső négy npn Budpstn, kövtkző négy npn K-pusztán, míg z utlsó négy npn ismét Budpstn mértm ngybb kncntrációkt. 0,5-1 µm: július között kptt kncntrációk tljsn rndszrtlnül váltztk. Visznt július 26-tól vlmnnyi np K-pusztán mértm mgsbb értékkt ábr Kén kncntrációrányi. Klór: 0,25-1 µm mérttrtmánybn ngyrészt K-pusztán mért kncntrációk vltk mgsbbk, míg 4-8 µm trtmánybn Budpstn kptm ngybb értékkt ( ábr).

59 ábr Klór kncntrációrányi ábr Cink kncntrációrányi.

60 Cink: lgtöbb npn lgtöbb mérttrtmánybn Budpstn mért kncntrációk mgsbbk vltk, mint K-pusztán. Kivév 0,5-1 µms trtmányt, hl július között Budpstn, július 28-tól pdig K-pusztán kptm ngybb értékkt ( ábr). Ólm: mérhtő kncntrációkt csk ign kvés stbn kptm. Egydül tlán 0,25-0,5 µm-s mérttrtmánybn mndhtó l, hgy nnyi dt vlt, hgy biztsn kijlnthtő, hgy budpsti értékk szint mindn np mgsbbk vltk ( ábr) ábr Ólm kncntrációrányi. Fszfr: két ngyn élsn lkülönülő időszk figylhtő mg ( ábr). Július között skkl mgsbb (többszörös) kncntrációkt kptm K-pusztán, mint Budpstn rr z lmr. Ezzl llntétbn július 29-től kptt értékk lcsnybbkká váltk

61 K-pusztán, mint Budpstn. Augusztus lsjén, igz kismértékbn, d ismét K-pusztán kptm ngybb kncntrációkt ábr Fszfr kncntrációrányi ábr Kálium kncntrációrányi.

62 Kálium: 0,25-0,5 µm és 2-8 µm mérttrtmánykbn vlmnnyi kncntráció Budpstn vlt ngybb. 8 µm fltt gykrltilg nm kptm mért rdménykt, 0,5-1 µm-r pdig kptt dtk tljsn rndszrtlnül váltkztk ( ábr) ábr Réz kncntrációrányi. Réz: lyn kvés értéklhtő dtt kptm, hgy kncntrációk rányiból nm tudtm mgállpítni, hgy mly hlyszínn vltk mgsbbk kncntrációk ( ábr). Ezk lpján néhány tpsztltmt összfglltm: 1. A klcium, titán és vs, mint tljrdtű lmkr, lgtöbb stbn ngybb kncntrációkt kptm Budpstr, mint K-pusztár. Ugynis zkt z lmkt trtlmzó rszl részcskék nm tudtk kiülpdni várskbn szint állndó és rndkívül ngy gépkcsifrglmnk köszönhtőn.

63 2. A szilícium, mi szintén tljrdtűnk tkinthtő, különös vislkdés z időjárási körülménykkl vlt mgyrázhtó. Július között mlg és szárz idő vlt K-pusztán, míg július 29-től gy ndvsbb időszk kzdődött többszöri ngy mnnyiségű cspdékkl kísért zivtrkkl. Vlószínűlg z lhtt z k nnk, hgy 0,25-0,5 µm és 16 µm mérttrtmányb ső rszl részcskék kncntrációj másdik időszkbn skkl kvsbb vlt K-pusztán, mint z lsőbn, mrt kimst őkt z ső. A többi mérttrtmánybn is jóvl ngybb vlt kncntráció fővársbn, mint K-pusztán július 29-től. A szárz időszkbn pdig futóhmks trültn lhlyzkdő mérőállmásn szél áltl bővn vlt utánpótlás szilíciumtrtlmú finm rszlnk. 3. A klór, cink és ólm, mint mstrségs (ntrpgén) rdtű lmk lgtöbb stbn ngybb kncntrációbn vltk jln Budpstn, mint K-pusztán. 4. A kén, mint ntrpgén lm, vislkdés gy kis mgyráztr szrul. Több stbn ngybb kncntrációt kptm K-pusztár, mi mbri és ipri tvéknységtől távl lévő trült, mint Budpstr. Ennk k z többk között, hgy különösn finm részcskék kéntrtlmú másdlgs rszlként ign ngy utt tudnk bjárni, milőtt kiülpdnénk, vgy mgkötődnénk, tvábbá képződésük kén-dixidból is lég hsszú időt, kár több npt is igényb vht. Trmésztsn átlgbn Budpstn vltk ngybbk kénkncntrációk.

64 6. Az mbr légzőszrvrndszr A légzőszrvrndszr lgfntsbb fldt gázcsr biztsítás, mi légzőhólygkbn xigén vérb történő ldását és szén-dixid vérből történő flvétlét jlnti. Eznkívül tüdő fnts szrpt játszik z lábbi flymtkbn is [Mg02]: vérszűrés, mlynk srán vörösvértstknél ngybb részcskékt (pl. fhérvérsjtk, fibrinrögök, zsír, csntvlő, tumrsjtk, stb.) ki tudj szűrni ign sűrű és szűk (8-9 µm) kpillárishálóztábn; vérbn jln lévő és 37 C-n illékny nygk (mtblitk) kiürítés szrvztből; képs vérzéscsillpító flymtkt ktiválni, vgy gátlni, záltl vért, mint flyékny szövtt, szükség szrint mgfllő állptbn trtni; vérdényink nyitásávl és zárásávl nymáskigynlítő funkciót is llát, például kkr, mikr álló tsthlyztt kövtő fkvő hlyzt flvétlkr lábkból kiármló vért tüdő flvszi; fnts szrp vn szrvzt víz- és sóháztrtásábn; képs száms bilógiilg ktív nygk skságánk szintézisér, rktárzásár, lválsztásár, inktiválásár és liminálásár; képs száms tisztulási mchnizmus sgítségévl légzőrndszrb krült idgn nygk, pl. rszl részcskék ltávlításár. 6.1 Az mbri légzőszrvrndszr flépítés A tüdő mllürgbn lhlyzkdő jbb és bl tüdőfélből álló párs szrv, mlynk gyütts lkj gy tmpíttt kúphz hsnló. A jbb tüdőfél flső, középső és lsó lbnyr, bl flső és lsó lbnyr szlik. A lbnyk

65 szgmntumkból állnk, mlyk ntómii és funkcinális gységkt képznk. A jbb és bl tüdőfél gyránt szgmntumr tglódik. Orrürg Grt Gég Légcső Főhörgő Brnchus Brncilus Brncilus trminális Brncilus rspirtricus Ductus lvlris+lvlusk ábr Az mbri légzőszrvrndszr légúti szrkzt [ICRP94]. A lvgőbn lévő rszl kiülpdését tkintv légutkt kövtkző részkr lht sztni: 1. Nsphringális trtmány: id trtzik z rrürg, szájürg, grt és gég: Orrürg: fldt bszívtt lvgő flmlgítés és párásítás, záltl mgvédi z lsóbb légutkt kihűléstől és

66 kiszárdástól. Tvábbá mgtisztítj lvgőt bnn lévő ngybb részcskék zömétől, mint például prszmktől, növényi szálktól, rvrktól, stb. Az rrürg flát nyálkhárty brítj, mlynk lülső részét rős sörtszrű szőrök, míg hátsó részét csillószőrös hngrhám brítj. Trmésztsn z rrürgnk nmcsk légzésbn vn fnts szrp, hnm szglásbn és hngk képzésébn is. Szájürg: szájn át történő blégzéskr lvgő útj jóvl rövidbb, szélsbb és gynsbb, mint z rrürg stén, tvábbá itt jóvl kisbb mértékbn történik mg lvgő flmlgítés, párdúsítás és szűrés. Grt (phrynx): z rrürg és szájürg mögött lhlyzkdő kb. 12 cm hsszú függőlgsn izms flú cső. A ábrán is láthtó, hgy grt lsó részén hlyzkdik gégfdő. lzárj Ez l nylésnél gégbmnt nyílását, záltl táplálék nylőcsőb jut, és mgkdályzz, hgy étl krüljön légcsőb ábr Grt és környék: ) grt, b) rrürg, c) gég, d) légcső, ) nylőcső [Jl85]. Gég (lrynx): bszívtt lvgő útj grt után gégébn flyttódik, mly hngdó szrvünk. Vázát gégprck lktják, blső flszínét nyálkhárty brítj, mlynk hámj

67 csillószőrös hngrhám. Ürg lul és flül tágbb, mintgy hmkór lkú. A középső bszűkült részén hlyzkdik l két hngszlg, mlynk mzgtását gég izmzt végzi. Blégzésnél hngszlgk közötti rés (hngrés) kitágul, így lvgő szbdn tud bármlni, míg kilégzésnél összszűkül, így lhtővé válik hngképzés. 2. Trch-brnchiális rész: Ezt knduktív légútnk is szkás nvzni, mrt nm vsz részt gázcsrébn, hnm gázknk gázcsr hlyér és nnn történő lvztésér szlgál: Légcső (trch): bszívtt lvgő útj gégén krsztül vzt légcsőb. A légcső áltlábn cm hsszú, 2-3 cm átmérőjű cső. Ezt csövt db löl és ldlt hngrs, hátul blpult D lkú prcgyűrű lktj, mlykt gyűrű lkú hártyás részk kötnk össz. Nyálkhártyáját többmgsrs csillószőrös hngrhám képzi, mlyk között nyáktrmlő khlysjtk, ill. kisbb számbn ún. kfsjtk hlyzkdnk l. Egy csillószőrös sjt átlgsn mintgy 200 db 3-6 mm hsszúságú és 0,2 mm átmérőjű csillót trtlmz, mlyknk cspási frkvnciáj cspás másdprcnként és ffktív cspásirányuk grt flé irányul. Főhörgők: légcső két főhörgőr szlik, mlyknk flépítés mggyzik trchávl. A jbb ldli főhörgő szélsbb és rövidbb, mint blldli, ugynis jbb kb. 2 cm, míg bl csk kb. 5 cm után ágzik szét. A jbb főhörgő 25 -s, bl 45 -s szögt zár b függőlgs középsíkkl. Tvábbá jbb vlmivl hátrább fkszik blnál, és míg jbbnk csk gytln gyng görbült vn, ddig bl

68 gyngén S lkbn knyrg. Ezáltl légutkb krülő fél mikrmétrnél ngybb részcskék könnybbn jutnk jbb tüdőb és nnk is z lsó, vlmint középső lbnyéb. (Ahl részcskék kiülpdését lsősrbn diffúzió htárzz mg, tt z már nm igz.) Brnchusk (hörgők): A főhörgők lőször brnchus sgmntliskr ágznk szét, mlyk szám mggyzik tüdő-szgmntumk számávl. Ezk dichtómiásn ágznk tvábbi brnchuskr, mi zt jlnti, hgy nm gy irányát mgtrtó főágr és jóvl kisbb mllékágr szlnk, hnm mindn lágzódás közl gynértékű ágkt rdményz. A brnchusk szrkzt légcsőhöz és főhörgőkhöz hsnló, csupán flukbn lévő üvgprck már nm gyűrűk, hnm szbálytln, néh lágzó prcs szigtk és fluk flépítésébn fkztsn simizmszövt és ruglms kötőszövt válik urlkdóvá. Brnchilusk (hörgőcskék): áltlábn légúti gnráció után mgjlnő 1 mm-nél kisbb átmérőjű légutk, mlyk bbn különböznk brnchusktól, hgy fluk már nm trtlmz prct. Ugynis itt már nincs szükség flmrvítésr, mrt ly módn épülnk b tüdőszövt szivcsszrű ruglms szövdékéb, hgy blégzéskr z gész tüdővl gyütt tágulnk, és nincs lhtőségük rr, hgy külsőnél lcsnybb nymás összsésr bírj őkt. A brnchilusk utlsó légúti gnrációját brnchilus trminálisnk nvzzük, mly átlgsn 0,6 mm átmérőjű és gnráció vlmlyikénél jlnik mg [R80].

69 3. Pulmnáris (cináris) rész: bbn trtmánybn mgy végb gázcsr. A tüdőnk zt z gységét, mlyt gy brnchilus trminális lát l, cinusnk nvzzük. Egy ilyn cinust mutt ábr, mly z lábbi részkből állnk: ábr Egy cinus flépítés: BR1,2,3 brnchilus rspirtricus 3 gnrációj, DA ductus lvlris, SA sccus lvlris [Mg02]. Brnchilus rspirtricusk: brnchilis trminális két brnchilus rspirtricusr szlik, mjd tvábbi kétszrs lágzás után brnchilus rspirtricusk hárm gnrációj épül fl. Ezn légutk flát már nm brítj csillós köbhám, hnm hlytt mgjlnnk z lvlusk, hl gázcsr történik. Ductus lvlárisk: hrmdik gnrációs brnchilus rspirtricusk ductus lvlriskr szlnk, mlyk már tljs mértékbn lvrlisk lvlusk rdhtnk lső htárlnk. és másdik D ductus gnrációs brnchilus rspirtricuskból is. Az szlásk zn szintn már ngyn váltztsk, ugynis kétszrs lágzásk

70 mlltt nm ritkák hárm-, négy- vgy többszörös lágzásk sm. A ductus lvlárisk áltlábn 3-9 (átlgsn 4) szlási gnrációt muttnk és átlgsn 0,4 mm átmérőjűk. Tüdőhólygcskák (lvlusk): itt történik gázcsr. Ezk gykrn nm gydül, csprtkbn lktnk hárms csprtkt. mlyk Ezkt átmérőj sccus 0,4 mm. hnm lóhrlvélszrű vgy többs lvlus- lvlrisknk Ezk lyn nvzzük, zsákknk képzlhtők l, mlyk blső flát pró krátrként brítják tüdőhólygcskák. Az lvlusk átmérőj 0,2 mm. Az lvlusk flát ign sűrűn bhálózzák kisvérkör hjszálri. Itt z rkbn flyó vért mindössz gy 0,5 µm-s fl válsztj l lvgőtől. Ebből 0,2 µm-t tüdőhólygcskák hámj, 0,2 µm-t tüdőhjszálrk ndthlj, és 0,1 µm-t két rétg közötti közbülső lphárty és kötőszövti váz tszi ki. Az lvlusk flültén még gy ngyn vékny ( Å) flültktív flydékfilm is tlálhtó, hgy flülti fszültség n rppnts össz őkt. Az lvlusk szám 1 milliárd körül vn gy flnőtt tüdőbn, mlyk összflült, mi légzőflültt is jlnti, léri 140 m 2-t. A gázcsr psszív diffúzióvl mgy végb, mlyt vér mgs (~46 Hgmm) szén-dixid és lcsny (~40 Hgmm) xigén, illtv tüdőlumn lcsny (~40 Hgmm) szén-dixid és mgs (~100 Hgmm) xigén prciális nymásából fkdó grdins hjt.

71 6.2 Légzés Kétfél légzést különbözttünk mg: Külső légzés: z lvluskbn z lőző fjztbn lírt módn történő gázcsr. Ezt tüdőlégzésnk is szkás nvzni. Blső légzés: vér ldj bnn lévő xigént szövtknk, ill. sjtknk és nnn szén-dixidt vsz fl. Ezt szkás sjt-, vgy szövtlégzésnk is nvzni. Tvábbikbn légzésn külső légzést értm. A légzési ciklus két fő szkszból áll: blégzésből és kilégzésből. Ezn két flymt mindgyikét gyránt kövthti rövid idig trtó légzési szünt. Blégzés: z gy ktív mchnizmus, mi két flymtból tvődik össz. Egyrészt brdközi izmk összhúzódnk, mi brdákt hssziránybn mgmli, záltl mllürg térfgt flflé és vízszintsn is nő. Másrészt rkszizm összhúzódik, záltl mllks térfgt lflé is mgnő. A két flymt zt rdményzi, hgy külső légköri lvgő nymás ngybb lsz, mint tüdőn blüli nymás, mink kövtkztébn lvgő bármlik, mit tüdő fl psszívn kövt. Kilégzés: z gy psszív mchnizmus. A brdközi izmk és rkszizm kkr lrnydnk, mitt mllks lflé mzdul l mgnövlv nymást mllksbn, mi tüdőt sját ruglmsságánál fgv összhúzódásr késztti, záltl kipréslődik bnn lévő lvgő gy rész ddig, míg külső és blső nymás ki nm gynlítődik. Férfiknál hsi légzés, nőknél mllksi légzés jllmző. A tüdő és mllks mchniki gynsúlybn vn, mikr légzőizmk lrnydnk. Ezt z állptt légzési középállásnk nvzzük. Nyuglmi

72 állpthz trtzó úgynvztt nrmál légzés stén légzési priódus középállásból indul és d is tér vissz ábrán láthtók nyuglmi és rőltttt légzési módkhz trtzó légzési térfgtk, mlykt z lábbikbn részltzk: Funkcinális mrdék kpcitás (FRC=Functinl Rsidul Cpcity): légzési középállás stén tüdőbn lévő lvgőmnnyiség. Légzési vgy rspirációs térfgt (V T=Tidl Vlum): gy légzési ciklus srán kicsrélt lvgőtérfgt, mi ülő pzíciónk mgfllő légzés stén átlgsn 750 cm3. Blégzési trtlék (IRV=Inspirtry Rsrv Vlum): nrmál blégzést kövtő rőltttt blégzéssl mximálisn blélgzhtő lvgő térfgt. Kilégzési trtlék (ERV=Expirtry Rsrv Vlum): rőltttt kilégzéssl légzési középállásn túl kilélgzhtő mximális lvgőmnnyiség. Rziduál lvgő (RV=Rsidul Vlum): tljs kilégzés után tüdőbn bnnmrdó lvgőtérfgt, mly vlmlyst fszsn trtj légzőflültt és biztsítj gázcsr flymtsságát. Ez közl 2 l, és rőltttt légzéssl sm távlíthtó l. Vitálkpcitás (VC=Vitl Cpcity): ERV+VT+IRV, vgyis mély lvgő plusz mximális kilégzés. Tljs kpcitás (TLC=Ttl Lung Cpcity): VC+RV, vgyis z mximális lvgőmnnyiség, mit tüdő trtlmzht.

73 Mximális blégzés htár Mximális kilégzés htár ábr Légzési térfgtk [ICRP94]. Mindzk mlltt hlttrkt is dfiniálhtunk, mlyk gázcsr htéknyságáról és mértékéről dnk infrmációkt: Antómii hlttér: z lvgőmnnyiség, mly blégzéskr knduktív légutkt tölti ki, vgyis z lvgőmnnyiség nm vsz részt gázcsrébn. Ez áltlábn bszívtt lvgő 30 %-. Élttni vgy fizilógiás hlttér: z z ntómii hlttérnél ngybb lvgőmnnyiségt fgll mgáb. Ugynis idális tüdőbn z összs blélgztt lvgőnk dirkt z lvluskb klln jutni, míg kilélgztt lvgőnk z lvluskból szármzó gázból klln állni. A vlóságbn znbn blélgztt lvgő kvrdik z lőző kilégzés srán z ntómii hlttérbn mrdt fárdt lvgővl, tvábbá kilélgztt lvláris lvgő hígul zzl friss lvgővl, mly blégzés végén visszmrd hlttérbn. Tvábbá vnnk tüdőnk rsszbbul szllőztttt részi, mlyk tvább növlik zt hlttrt. Így végrdménybn még kvsbb lvgő vsz részt gázcsrébn, minth csk z ntómii hlttér létzn. Az élttni hlttér ngyság fiziki trhlés növlésévl csökkn.

74 Alvláris hlttér: z élttni és ntómii hlttér különbség. 6.3 Asthm brnchil (sztm) Már Hippkrtész (Kr ) írásibn is történt mlítés z sztmáról. A 2. százdbn Artus írt rről btgségről. Az lső átfgó könyvt Jhn Flyr írt 1698-bn. Az sthm brnchil dfiníciój kövtkző [Mg98]: rhmkbn jlntkző, spntán vgy gyógyszrr rvrsibilis diffúz hörgőbstructi (hörgőszűkült) áltl kiválttt nhézlégzés. Az sztmánál fllépő szűkült, vgy stlg tljs lzáródás hörgőknk z lábbi flymtknk tuljdníthtók: légutk simizmszövténk görcsös összhúzódás (brnchspsmus); gyulldás kzt nyálkhárty-duzznt; fkztt nyákképződés, gyulldáss váldék trmlődés, nyákdugók képződés. Az sztm thát gy lyn gyulldáss btgség, mlyt szrvzt immunrndszrét prvkáló stimulusk váltnk ki, mlyk kövtkzők lhtnk: llrgénk: pllnk, állti szőrök, étlk, gys nhézfémsók; irritáló gázk: SO2, O 3, dhányfüst, nitrózus gázk,

75 rős szgk; rős fiziki trhlés; hidg lvgő blégzés; sűrű köd; légúti vírusfrtőzésk; gstrsphglis rflux, mly lyn btgség, mit nylőcső lsó záróizmink légtln működés kz, mlynk rdményképpn svs gymrtrtlm visszármlik nylőcsőb gymrégést lőidézv; gyógyszrk: nm sztrid gyulldásgátlók (pl. Aspirin), ttrzin, bét-blkklók; szulfitképző nygk; pszichés htásk. A fllépő tüntk lhtnk állndók, időszksk és szználisk. A szználisk lsősrbn plln kzt sztmár jllmzők. Klsszikus pnszk és tüntk rhmkbn jlntkző sípló légzés, mllksi nymásérzés, köhögés és nhézlégzés. Nhézlégzésnél különösn kilégzés válik nhézzé. Síplás jllgztsségi z sztm súlyssági fkáról dnk infrmációt: Enyh sztm: gykrn csk kilégzés végén vgy rőltttt kilégzés mlltt hllhtó síplás. Középsúlys sztm: blégzéskr is hllhtó síplás. Ngyn súlys sztm: síplás gyngül vgy tljsn mgszűnht. A köhögés gykrn bvztőj rhmknk, ritkábbn visznt z z gytln pnsz. A köhögés ugynzn btgnél is lht időnként szárz, máskr bőségs

76 köptürítéssl járó. A rhmk közötti időszkbn közl nrmális vgy kár tljsn nrmális lht tüdőműködés és kkr fizikális ltérés nm észllhtő. 7. Sztchsztikus Tüdőmdll Az rszl részcskék mbri légzőrndszrbn történő kiülpdésénk számításár száms fiziki és mtmtiki mdll készült z lmúlt mjd 50 évbn [Bl07]. A légúti gmtriát illtőn z lső részlts és msszmnőn lgszélsbb körbn ltrjdt mdll Wibl nvéhz fűződik [Wi63], mly légutkt tljsn szimmtrikus fstruktúr lpján építtt fl és nm trtlmztt lágzási és grvitációs szögkt, hnm csk légúti gnrációnkénti átlgs hsszkt és átmérőkt. A brnchiális rész mindn stbn 16. gnrációvl fjződött b (brnchilus trminlis), mi rős közlítés vlt, mrt brnchiális rész gy vlós tüdőbn széls gnrációszám trtmánybn trminálódht ( gnrációkn blül). Később több lyn mdll is készült, mly már szimmtrikus hörgőfát építtt fl, mint pl. Hrsfild [Hr71] és Yh nd Sum [Yh80] mdllji, d z igzi áttörést Kblingr László és Wrnr Hfmnn 80-s évk végén kidlgztt Sztchsztikus Tüdőmdllj hzt mg [Kb90, Hf90, Hf91]. A nvébn szrplő sztchsztikus jlző rr utl, hgy z mdll száms gmtrii prmétr értékét Mnt Crl szimulációvl srslj. A Sztchsztikus Tüdőmdll trch-brnchiális régió flépítésér Rb és munktársi [R76], míg z cináris trtmányr Hfli-Blur és Wibl [H88] áltl létrhztt óriási dtbázist hsználj fl [Bl09].

77 7.1 Sztchsztikus Tüdőmdll flépítés és működés A légutkb jutó részcskék pályái, köszönhtőn rájuk htó fiziki htásknk, ltérnk légármlás trjktóriáitól, mi részcskéknk légutk fláb történő bcspódásáhz vztht. A részcskékt ért htásk mérték rősn függ részcskék átmérőjétől. A Sztchsztikus Tüdőmdll z lábbik szrint számlj ki különböző fiziki htásk kzt kiülpdési vlószínűségkt: Impkció (thttlnségből rdő kiülpdés): h z ármló rszlt vlmly szilárd flült irányváltzttásr kényszríti, kkr részcskék gy rész zn flültnk ütközik thttlnségüknk köszönhtőn. Ezt jlnségt nvzzük impkciónk. Ez lsősrbn z 1 µm-nél ngybb rdinmiki átmérőjű részcskéknél játszik döntő szrpt, mrt zk nhzbbn tudják kövtni légutk gyr szűkülő jártit, és ngy vlószínűséggl cspódnk b, vgy más szóvl impktálódnk trch-brnciális légutk fláb. Ennk vlószínűségét ( pi ) kövtkző frmulávl [Yh80] számlj ki mdll: 2 1 pi =1 cs 1 ( Θ St )+ sin [ 2 cs 1 ( Θ St ) ], π π pi =1, h Θ St<1, h Θ St>1, hl Θ z lágzás szög (rdián), St Stks szám ( ). Szdimntáció (grvitációs kiülpdés): lsősrbn 0,1 és 1 µm közötti átmérőjű részcskék kiülpdésénél játszik döntő szrpt z flymt. Ugynis itt z impkció szrp áltlábn nm nnyir jlntős, másrészt Brwn diffúzió zn mérttrtmánybn

78 lhnyglhtó. Emitt zn részcskék jutnk l mélybb tüdőrégiókb lgngybb vlószínűséggl. A grvitációs kiülpdés vlószínűség ( p s) trch-brnchiális trtmánybn, vlmint z cináris csövkbn (ductulus lvlus) [Yh80, Bl85]: ( ps =1 xp C=1+ 4 gc ρr 2 L cs φ 9 πμ Rv ) ( pr2 )6, 32+2, 01 xp ( 0, 1095 pr ) hl g grvitációs gyrsulás, φ légúti fl lktójánk vízszintssl bzárt szög, ρ részcsk sűrűség, C Cunninghm-fél csúszási krrkciós fktr, r részcsk sugr, μ közg viszkzitás, v z ármlás sbsség, L légút hssz, R légút sugr, p gáz nymás. Mivl grvitációs kiülpdés z lvluskbn is ign jlntős, zért bbn trtmánybn is számlj nnk vlószínűségét mdll kövtkző képlttl: [ ( )] u t 1ut ps = s 3 s 2 2R 2R ps =1, hl 2, h t< 2R, us h t 2R, us

79 u s z ülpdési htársbsség, R z lvlus sugr, t részcsk trtózkdási idj z lvlusbn. Brwn-diffúzió: 0,1 µm-nél kisbb átmérőjű részcskéknk már jlntőssé válik diffuziós képsség, mly lsősrbn szűkbb krsztmtsztű légutkbn és z lvluskbn járul hzzá jlntősn kiülpdés mértékéhz. Ugynis részcskék Brwn-diffúzió kövtkztébn történő prányi rdiális lmzdulási itt már lgndők lhtnk kiülpdésükhöz, mlynk vlószínűség ( p d) trch- brnchiális régióbn és z cináris csövkbn [Yh80] kövtkző: 2 3 p =1 xp ( b x ) xp ( b x ) 3 d i=1 x= i i 4 4 LD 2R 2 v hl D diffúziós gyütthtó, R légút sugr, L légút hssz, v részcsk ármlási sbsség, 1 =0, 819 2=0, =0, =0, 0509 b1 =7, 315 b 2=44, 61

80 b3 =114,0 b 4 =79,31. Az lvluskbn kövtkző képltt lklmzz mdll Brwndiffúziós dpzíció mértékénk számításár: pd =1 6 1 t xp Dn 2 π π n=1 n R ( ) hl D diffúziós gyütthtó, R z lvlus sugr, t részcsk trtózkdási idj z lvlusbn. A Sztchsztikus Tüdőmdll száms prmétr értékt Mnt Crl szimuláció sgítségévl srsl ki, záltl minél jbbn mgközlítv vlóságt. A trch-brnchiális trtmánybn z lábbikt srslj, trmésztsn mghtárztt lszlásk lpján: gnrációszám, mly minimum 12, mximum 21 lht; légút átmérőj; légút hssz; mindkét lányág átmérőj; mindkét lányág hssz; két lányág közül mlyikb hld tvább részcsk; lágzás szög. Az cináris trtmánybn z lábbikt srslj: gnrációk szám, mi minimum 5, mximum 11 lht; légút blső átmérőj; légút hssz; lágzási szög; részcsk blépési vlószínűség gy lvlusb.

81 A prgrmml történő számláshz száms bmnő dtt kll mgdnunk, hgy lvégzhss kiülpdési vlószínűségk mghtárzását: Tüdő dtk: Légzési térfgt (Tidl Vlum); Funkcinális mrdék kpcitás (Functinl Rsidul Cpcity); Rginális vntillációs prmétrk; Légzési ciklus dti: légzési ciklus idj; légzési szünt idj; rrn, vgy szájn át történik légzés, és tt mly irdlmi mdll lpján számlj kiülpdést; Részcsk blégzés típus: Egynlts (unifrm); Egy dtt időpillntbn történik; Blusként, mlynk lszlás: Guss; Tégllp; Kvrdési (mixing) fktrk; Arszl dtk: Mn-, vgy plidiszprz részcskék; Részcsk sűrűség; Részcsk átmérőj; Tisztulási mchnizmus dti; Szimulációk szám; Az input dtk bvitli frmáj rdtilg úgy történt, hgy gy szövg típusú fil-b klltt szükségs dtkt bírni gy mint lpján, ldöntv, hgy mly krktrpzíciób mi trtzik ( ábr flső rész). Ez ign

82 nhézkssé ttt z input fil kzlését. Ennk mgkönnyítésér átlkítttm prgrmt blks (flhsználóbrát) flültűr, hl mgfllő bmnő dtkt nkik kijlölt cllákb kll bírni, tvábbá z input fil lmntődik, és később bármikr újr blvshtó prgrmb ( ábr lsó rész) ábr Input fil-k. Fnt régi, lnt új blks lrndzés gy blk. A szimuláció rdményképpn kptt dtbázis gy részlt láthtó ábrán. Az utput fil-bn z lábbi szmpntk lpján kpjuk mg kiülpdési vlószínűségkt többk között trch-brnchiális, cináris és tljs légzőszrvrndszrr vntkzón: légúti gnrációk; légutk átmérőj, mi szülőág átmérőjét jlnti; részcsk áltl mgttt út hssz.

83 A prgrm mlltt gnrál gy lyn dtbázist is, mlybn tüdőlbnyk szrinti kiülpdési vlószínűségk tlálhtók mindn gys légúti gnrációr vntkzón ( ábr). dpsitin prbbility/c.v.(%) -- by gnrtin bifurctin n. brn duct tub lv cin sum 4.55E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E-05 sum 1.45E E E E E E ábr A prgrm utput fil-jánk gy részlt.

84 lbr dpsitin prbbility/c.v.(%) -- by gnrtin bifurctin n. lb lb2 lb3 lb4 lb5 sum 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E-05 sum 7.36E E E E E E ábr A prgrm utput fil-jánk gy részlt tüdőlbnykr vntkzó kiülpdési vlószínűségkkl. 7.2 A Mdll tvábbfjlsztés sztmár A prgrmml rdtilg csk gészségs tüdőr lhttt kiülpdési vlószínűségkt számlni. Visznt ngyn fnts lnn, hgy n csk gészségs, hnm btg tüdőr is tudjunk számláskt végzni. Ennk érdkébn prgrmt lklmssá tttm sthm brnchil (sztm) számlásár ( btgségről részltsn 6.3. fjztbn írtm), mlynk srán z lábbi fjlsztéskt hjtttm végr:

85 1. A légzési ciklus sztmás btgknél ign gykrn szimmtrikus, vgyis blégzés és kilégzés időtrtm különbözik gymástól. Visznt prgrm rdtilg csk zns idővl tudt zkt számlni. Ezért négy légzési priódusr vntkzó prmétrt (blégzési idő, kilégzési idő és z zkt kövtő stlgs gy-gy légzési szünt időtrtmát) gymástól függtlnné tttm, és így, zntúl mind négy időtrtmt külön-külön kll mgdni. 2. A nyáklzáródást is mdllzhtővé tttm. A prgrmbn mg lht dni légúti gnrációk zn intrvllumát, hl bkövtkzht nyáklzáródás, tvábbá z lzáródásnk mximális vlószínűségét is. 3. Az sztm mdll hárm váltztát fjlsztttm ki. Ehhz bvzttm gy ún. Brnchilis Asztm Fktr (BAF) nvű váltzót, mly mghtárzz, hgy milyn mértékű légutk összszűkülés z gészségshz képst trch-brnchiális trtmánybn. A hárm mdll kövtkző: Asztm Mdll I: bbn z stbn gy BAF értékt kll mgdni, mly érvénys lsz trch-brnchiális trtmány összs légútjár. Ez lggyszrűbb mdll. Asztm Mdll II: bbn z stbn mindn gys trchbrnchiális gnrációr mg kll dni gy-gy BAF-t, mi 21 függtln dtt jlnt. Asztm Mdll III: z lgbnylultbb, ugynis itt már nm gy knkrét BAF értékt, hnm nnk gy trtmányát kll mgdni gnrációnként, mlyből prgrm véltlnszrűn srsl gy értékt mgdtt krrlációs fktr figylmbvétlévl. Így sztchsztikus jllg z sztm szimulálásábn is mgjlnik.

86 Az sztmáhz szükségs bmnő dtkt gy új blkbn kll mgdni prgrm számár ( ábr). Az Asztm Mdllkkl végztt számlásk rdményéről kövtkző fjztbn számlk b részltsn ábr A prgrm input blk Asztm Mdllk számár. 7.3 Az Asztm Mdllkkl végztt számlásk Az sztm mdll lklmzásáhz szükség vn száms bmnő dtr prgrmunk számár. Ezn dtk mghtárzásáhz ngyn sk sgítségt kptm Dr. Hrváth Ildikó és Dr. Hrváth Alpár tüdőgyógyászktól, kik mgdták különböző súlysságú sztmár jllmző bmnti prmétr értékkt. Szkirdlm és légzésfunkciós vizsgáltk lpján btgkt btgség súlysságánk mgfllőn négy ktgóriáb srlták, mégpdig lgkvésbé súlys z I. sztály, lgsúlysbb IV. sztály. Jvsltiknk mgfllőn légzési térfgtkr és z FRC-r tábláztbn láthtó értékkt hsználtm fl, hl külön érték vn mgdv nőkr és férfikr. A