RADIOAKTIVITÁS A LEVEGİBEN

Átírás

1 RADIOAKTIVITÁS A LEVEGİBEN Mérésleírás Zagyvai Péter - Osváth Szabolcs Kiss Attila BME NTI, Bevezetés A mérési gyakorlatok során több módszerrel is meghatározzuk a levegıben jelenlévı radon ( Rn és 0 Rn), valamint rövid felezési idejő leányelemeinek aktivitás-koncentrációját. Egyes méréseket zárt térben hajtunk végre, kedvezı idıjárási körülmények esetén szabad levegın is végzünk meghatározásokat. A lehetséges mérések két csoportra oszthatók aszerint, hogy - a leányelemeitıl a mintavétel során elválasztott radongáz aktivitását határozzuk-e meg, vagy - a meghatározást a levegıben jelenlévı aeroszolhoz kötıdött rövid felezési idejő radon bomlástermékek sugárzásának mérése alapján végezzük el, a leányelemek koncentrációjának meghatározásának eredményeibıl számítva ki a levegı radonkoncentrációját. Utóbbi esetben megfelelı energiaszelektivitás esetén lehetıség van arra is, hogy az aeroszolhoz kötött mesterséges eredető radionuklidokat is azonosítsuk.. Elméleti összefoglalás A földkérgi eredető természetes radioaktivitás jelentıs részét képezı 38 U és 3 Th bomlási sorának egyik tagja radon nemesgáz, a Rn illetve a 0 Rn ( toron ). Mivel az elıbbi felezési ideje 3,8 nap, az utóbbié pedig csak 54 s, a talajból és a talaj alatti kızetbıl, valamint épületek esetében az építıanyagokból a Rn jelentısen nagyobb mennyiségben kerülhet ki a légtérbe. A sugárzás Felezési idı Bomlási Állandó Izotóp Sugárzás Energiája [MeV] [perc] [1/perc] [1/s] Rn=Rn α 5, ,6e-4,1e-6 18 Po=RnA α 6,00 3,05 0,7 3,78e-3 14 Pb=RnB β,γ 1,0 6,8 0,0586 4,31e-4 14 Bi=RnC β,γ 3,7 19,7 0, ,86e-4 14 Po=RnC α 7,69,73e-6,54e5 43 1

2 1. táblázat A Rn és rövid felezési idejő bomlástermékeinek jellemzı adatai A radon bomlása során keletkezı leányelemek adszorbeálódnak a levegıben lévı aeroszolrészecskék (por, füst) felszínén, és a belélegzést követıen lerakódnak az emberi légutakban (torok, légcsı, hörgık, tüdı). Rövid felezési idejük miatt hamarább elbomlanak, mintsem a szervezet tisztító mechanizmusa eltávolítaná ıket. Dozimetriai szempontból különösen veszélyes az alfasugárzásuk, amelynek sugárzási tényezıje w R = 0, azaz ugyanakkora abszorbeálódott alfaenergia húszszoros valószínőséggel okoz sejtmutációt a gamma- vagy bétasugárzás energiájához képest. (A dózisfogalmakat és a dozimetria elvi alapjait más gyakorlatok leírásánál ismertetjük.) 3. A rövid felezési idejő radon-leányelemek meghatározása Tsivoglu klasszikus módszerével 3.1. A mérés elve A mérés alapelvét Tsivoglu és munkatársai közölték 1953-ban. Mintát veszünk a levegıben lévı aeroszolból, mérjük a kibocsátott alfasugárzást, az aeroszolhoz kötött radon-leányelemek aktivitásának arányából (melyet az alfasugárzás intenzitásának idıbeli változásából határozunk meg) következtetünk a közöttük és az anyaelem között fennálló egyensúlyra, azaz a koncentrációk arányára, és ennek ismeretében számítjuk ki a Rn anyaelem koncentrációját. A rövid felezési idejő Rn -leányelemek közül a 18 Po (RnA) és a 14 Po (RnC ) alfasugárzó. A mérés során a levegıbıl szőréssel vett aeroszolminta alfasugárzását detektáljuk. A mérés körülményei között, a minta hosszabb idıt igénylı radiokémiai feldolgozása nélkül nincs lehetıség a két eltérı energiájú komponens egymás melletti, spektrometriás meghatározására, csak az alfasugárzás szelektív, azaz a szintén a radon-leányelemektıl, valamint a mérıhely hátterébıl származó béta- és gammasugárzástól mentes mérése oldható meg. Erre a célra ZnS(Ag) szcintillációs detektort alkalmazunk. A radon-leányelemek összes radioaktivitása a szőrın a mintavétel alatt növekszik, majd annak leállítása után csökken. Valamennyi nuklidra igaz, hogy mennyisége arányos a Rn koncentrációjával a levegıben, de a bomlás mellett a RnB, RnC és RnC nuklidjainak száma részben növekszik is, a közvetlen anyaelem bomlása következtében. Aktivitásuk idıfüggése egy differenciálegyenlet-rendszerrel írható le. Ennek bemutatását mellızzük, de a részletek ismerete nélkül is belátható, hogy ha a mintavétel befejezése után különbözı idıpontokban megmérjük a mintából kilépı alfasugárzás intenzitását, az mindig a leányelemek mennyiségének (aktivitásának) összegével lesz arányos, és az egyes komponensek részesedése az összes aktivitásból minden idıpontban különbözı lesz. Mivel három komponens mennyiségét kell meghatároznunk (a RnC aktivitása az igen rövid felezési idı miatt gyakorlatilag minden pillanatban azonos lesz a RnC aktivitásával), ehhez legalább három

3 idıpontban kell mérési adattal rendelkeznünk, és ismerni kell az adott idıpontban érvényes, egységnyi kiindulási koncentrációra vonatkozó megoszlási arányt a komponensek között. Tsivoglu és munkatársai meghatározták e megoszlási arányok idıfüggését. A mérési módszer számos elhanyagolást, kisebb pontatlanságot tartalmaz, ezek közül a legfontosabb az, hogy nem különböztethetık meg a radon és a mellette kisebb mennyiségben jelenlévı toron leányelemei. 3.. A mérés kivitelezése Tsivoglu módszere szerint A mintavétel kezdetének idıpontjában a levegıben a RnA, RnB és RnC koncentrációk különbözı értékőek. A levegıminta vételének ideje alatt az aktív aeroszolok folyamatosan lerakódnak a szőrıre. A mintavétel befejezésének idıpontjában a szőrın meghatározott számú RnA, RnB, RnC stb. atommag található. A RnA atommagok számát a szívás térfogati sebessége, a levegı RnA tartalma és a mintavétel ideje alatti bomlások száma határozzák meg. A többi leányelem esetében figyelembe kell venni a bomlássor elızı tagjából származó aktív magok számát is. Ez a számítás természetesen azt feltételezi, hogy más eredető alfasugárzó radionuklid nincs a szőrın. A mintavételt 5 percig végezzük. A szívás befejezése után az összegyőlt atommagok az 1. táblázatban megadott felezési idıkkel bomlanak. Az alfabomlásgörbe a RnA és RnC alfasugárzásának eredıjeként jön létre, de az idıbeli lefutást a többi leányelem is befolyásolja. A szívás befejezését követıen a szőrıt az alfa-sugárzásdetektor elé helyezzük, és 1-1 perces idıtartamokkal folyamatosan mérjük a sugárzás intenzitását. A kiértékelés úgy történik, hogy az alfa-bomlásgörbe 5., 15. és 30. percében meghatározott alfa-intenzitás értékeibıl következtetünk a szívás befejezésének idıpontjában a szőrın lévı RnA, RnB és RnC atommagok számára, majd ezek ismeretében kiszámítjuk az egyes izotópoknak a levegıben lévı koncentrációinak átlagértékeit a mintavétel idıtartamára vonatkozóan. Végül a RnA, RnB és RnC aktivitásértékei alapján következtetünk a radonkoncentrációra A méréshez szükséges eszközök és anyagok Aeroszolminták vételéhez jó hatásfokú levegıszőrıt kell használni, melynek felületén győlik össze a radioaktivitást is tartalmazó aeroszol. A két lehetıség: legfeljebb 0.1 µm pórusátmérıjő papírszőrı, illetve elektrosztatikus leválasztással mőködı impaktor. Mintavevıként olyan légszivattyút használunk, amely viszonylag nagy térfogatú levegıt képes mozgatni. A gyakorlat során FH-4 típusú elektrosztatikus szőrıvel ellátott mintavevıt használunk. Az elektrosztatikus szőrı szőrési hatásfoka 30% körüli, a mintavevı térfogatsebessége 5 m 3 /óra (417 dm 3 /perc). A szőrı alfa-intenzitásának mérésére szcintillációs alfa- detektort használunk. A detektort sornyomtatós számlálóhoz kötjük. A háttér levonása után az adatokat korrigáljuk az alfa-számlálás detektálási hatásfokával és a szőrési hatásfokkal. Az 3

4 összes alfa-intenzitás értékeit ábrázoljuk a szívás befejezése után eltelt idı függvényében. Ezzel megkapjuk a bomlásgörbét. A kiértékeléshez szükséges matematikai formulákat egy bonyolult, lineáris inhomogén differenciálegyenlet-rendszer megoldásával kapjuk meg Kiértékelés Kiértékelés Tsivoglu eredeti módszerével Megrajzoljuk az alfa-bomlásgörbét: a szívás befejezésének idıpontjától számítva ábrázoljuk a szőrési hatásfokkal és az alfa-detektálás hatásfokával korrigált összesalfa-aktivitás értékeket. (Az elektrosztatikus szőrésre meghatározott szőrési hatásfok: 30%; átlagos detektálási hatásfok az adott ZnS(Ag) detektorral a 6 8 MeV közötti tartományban 15% ) Ne feledkezzünk meg a mérés elıtt mérendı háttér figyelembevételérıl! A bomlásgörbérıl leolvassuk az 5., 15. és 30. perchez tartozó értékeket. Kis radonkoncentráció esetén szükséges lehet a nukleáris számlálás statisztikus szórásának csökkentése megfelelı grafikus vagy számítási eljárással, amelynek részleteit a gyakorlat alkalmával közöljük. A számításokhoz szükséges alábbi egyenleteket Tsivoglu és munkatársai dolgozták ki. A mérés 5., 15. és 30. percére vonatkoztatva egy differenciálegyenlet-rendszer megoldásával meghatározták a három radon-leányelemre terjedı, adott bomlási állandókkal jellemzett bomlási sor tagjainak aktivitásarányait. Az [1] - [9] egyenletek konstansainak értékét a bomlási állandók és a mértékegységek közötti váltószámok felhasználásával számították ki. Jelöljük a leolvasott értékeket A(5), A(15) és A(30) szimbólumokkal! (Dimenziójuk [bomlás/perc]) Az A(5), A(15) és A(30) ismeretében kiszámítjuk a szőrın a mintavétel befejezésének idıpontjában felhalmozódott RnA, RnB és RnC atommagok számát. Jelöljük ezeket rendre N o RnA, N o RnB és N o RnC szimbólumokkal. A számítás egyenletei: N o RnA = 17,3*A(5)-39,3*A(15)+4,8*A(30) [1] N o RnB= -6,9*A(5)-84,9*A(15)+160,6*A(30) [] N o RnC= -9,1*A(5)+110,5*A(15)-83,8*A(30) [3] Az N o RnA, N o RnB és N o RnC ismeretében, valamint a szívási sebesség (v = 417 dm 3 /perc) felhasználásával kiszámítjuk a levegı RnA, RnB és RnC koncentrációértékeit atom/dm 3 egységben. Jelöljük ezeket rendre Q RnA, Q RnB és Q RnC -vel, ekkor: Q RnA N RnA = [4] v 4

5 Q Q RnB RnC 0.13 N = 0.18 N = 0 RnB 0 RnC Q v RnA v ( 0.04 Q Q ) v RnA RnB v [5] [6] A Q RnA, Q RnB és Q RnC koncentrációértékeket a λ bomlási állandók segítségével aktivitáskoncentrációkká számítjuk át (hiszen c A = λ Q), ekkor Bq/m 3 - ben kapjuk az eredményeket. c f RnA=3,78*Q RnA [7] c f RnB=0,431*Q RnB [8] c f RnC=0,586*Q RnC [9] Az eddigi eredményekbıl következtetünk a radonkoncentrációra az 1. ábra segítségével. Itt a két hosszabb felezési idejő leányelem, a RnB és a RnC koncentrációja aránya, a Q RnC /Q RnB hányados függvényében ábrázolták a Z=A f Rn/A f RnB hányados értékeit. Az ábrán vastag vonallal jelölt összefüggés zárt terekre, a vékony vonal szellıztetett terekre, illetve szabad levegıre vonatkozik. A Q RnB, Q RnC és c A frnb értékek ismeretében, az alábbi 1. ábra alapján meghatározott korrekciós tényezı felhasználásával megkapjuk a Rn becsült koncentrációját: f f c A, Rn Z c A, RnB = [10] A koncentráció szórásának pontos meghatározásához a felhasznált számítási eljárás egyes mőveleteinek bizonytalanság-analízise is szükséges lenne. Közelítésképpen a bomlásgörbérıl leolvasott legkisebb intenzitás relatív szórását alkalmazzuk a koncentráció hibájának becslésére. 5

6 1. ábra Korrekciós tényezı a radonkoncentráció számításához a RnB és RnC komponens koncentrációhányadosának függvényében Az egyensúlyi egyenérték koncentráció (EEC) A radon dozimetriai jelentıségének felismerése következtében, az 1980-as években az újabb mérési módszerek mellett a dózisszámítással közvetlenebbül összekapcsolható mérendı mennyiségeket is bevezettek. Ezek a radon rövid felezési idejő leányelemeire vonatkoznak, közülük legfontosabbak a Potenciális Alfa Energia Koncentráció, angol rövidítésébıl PAEC és az erre épülı Egyensúlyi Egyenérték Koncentráció, EEC. Tsivoglu módszerének számos fogyatékossága mellett hatalmas elınye, hogy közvetlenül alkalmas az EEC meghatározására is. 1 MeV PAEC = ( N1 * N * N 3 *7.69)* 3 V m [11] PAEC: potential alpha energy concentration N 1 : az 1. leányelem ( 18 Po) nuklidjainak pillanatnyi száma (az [1] egyenletben ez lényegében azonos volt N o RnA-val), N : a. leányelem ( 14 Pb) nuklidjainak száma (a [] egyenletnek megfelelı esetben azonos N o RnB-vel); N 3 : a 3. leányelem ( 14 Bi) nuklidjainak száma (a [3] egyenletnek megfelelı esetben azonos N o RnC-vel); V a vizsgált levegı térfogata. Egy 18 Po-nuklidból , összesen MeV alfaenergia, egy 14 Pb- illetve egy 14 Bi-nuklidból 7.69 MeV alfaenergia juthat a szervezetbe, ezt fejezik ki a [11] egyenlet konstansai. 6

7 Ha a radon-anyaelem ( Rn, 0 index az alábbiakban) és leányelemei szekuláris egyensúlyban vannak, akkor aktivitásuk és aktivitás-koncentrációjuk körülbelül azonos. = A A N és c = helyettesítéssel : λ V PAEC + + eq = c 0 * [1] λ1 λ λ 3 Az eq index az egyensúlyi állapotra utal. Ha a leányelemek nincsenek egyensúlyban, az egyensúlyi egyenérték koncentráció (EEC) úgy értelmezhetı, hogy az adott keverék által a szervezetbe vihetı, az okozott egyenérték dózissal közvetlenül kapcsolatos összes (potenciális) alfa-energia ugyanakkora, mint egy fiktív egyensúlyi keveréknek tulajdonítható PAEC eq. Azaz: EEC = PAEC PAEC * c EEC = c * c 1 eq c1 * + c * + c3 * λ1 λ λ 3 = λ λ λ 1 * c 3 * [13] Összefoglalva: az EEC az egyes leányelem-koncentrációk súlyozott átlaga. A bomlási állandók behelyettesítésével adódó számítási egyenlet alkalmazásához nem szükséges c 0 ismerete. Ha független eljárással a Rn anyaelem c 0 koncentrációját is meghatározzuk, EEC és c 0 aránya meghatározza az átlagos egyensúlyi állandót ( f ). Ha c 1, c és c 3 helyébe a fenti [7] [9] egyenletekkel meghatározott, Bq/m 3 -ben kifejezett koncentrációkat helyettesítjük be, akkor a [13] egyenletbıl megkapjuk EEC értékét. 4. Radon és Toron EEC meghatározása AMS-0 aeroszolmintavevı berendezéssel A levegıvel inkorporálható radioaktivitás döntı részben aeroszol-részecskékhez kötött állapotban található. Az alfa-, béta- és gammasugárzó radioaktív izotópok mérésével vizsgálható a levegı radioaktív szennyezettsége. Ekkor azonban a minden esetben jelenlévı, de folyamatosan változó koncentrációjú Rn és 0 Rn leányelemeinek részesedését le kell vonnunk. A környezeti monitorozó berendezések mőködıképességének és pontosságának igazolásaképpen célszerő, hogy mérjék és jelezzék ki a mindenkori radon- és toronkoncentrációt, azaz EEC-t A mérés elve Az aeroszolhoz kötött természetes és mesterséges radioaktivitás komponensei közül csak a gammasugárzó nuklidok különböztethetık meg egyszerően, energiaszelektív gamma-detektorral és az elnyelt energiával arányos amplitúdójú válaszjelek 7

8 számlálására szolgáló gamma-spektrométerrel végzett méréssel. A mérést az aeroszol-mintavétellel egyidıben vagy a mintavételt követıen is végezhetjük. Az alfa-sugárzó izotópok egymással erısen átfedı csúcsai csak korlátozottan, a folytonos spektrummal rendelkezı béta-sugárzók sehogyan sem különböztethetık meg egymástól tisztán mőszeres eszközök alkalmazásával. Az AMS-0 berendezés kézi vezérléső változatával a levegı aeroszoltartalmát mintavevı pumpával és a mintát felfogó szőrıvel, valamint a szőrın megkötött radioaktivitás mérésével vizsgáljuk. A mintavételt és a mérést egyidejőleg vagy egymást követıen is megvalósíthatjuk. A rövid felezési idejő Rn-leányelemek mennyisége arányos a Rn koncentrációjával a levegıben. Az aeroszolszőrın a bomlás mellett a leányelemek nuklidjainak száma a mintavétel illetve a mérés során növekszik is, a közvetlen anyaelem bomlása következtében, így az aktivitások idıfüggése egy differenciálegyenlet-rendszerrel írható le. Ha a radonkoncentráció a mintázott levegıben állandónak tekinthetı, egy idı után az aeroszol-mintavétel során az aktivitás növekedése (új nuklidok megkötése a szőrın) és a bomlás miatti csökkenés egy idı után kiegyenlítıdik, tehát a szőrın lévı természetes eredető aktivitás telítésbe megy. Mivel a mesterséges eredető radionuklidok forrása feltehetıen a környezeti mintavételi helytıl távol van, a szőrıt elérı nuklidok a radonleányelemeknél feltehetıen jóval nagyobb felezési idıvel bírnak, így ezek aktivitása a jellemzıen legfeljebb egy-két napos mintavételi idı alatt nem telítıdik, hanem állandó jelenlét esetén a szőrın folyamatosan növekszik. Bétasugárzás mérése esetén csak a telítıdés vagy növekedés trendje adhat alapot a mesterséges és természetes radioaktivitás megkülönböztetésére, míg alfa- és gammasugárzó izotópok esetében az energiaspektrum segítségével azonosíthatóak is a források. Az AMS-0 aeroszolmonitorozó rendszer folyamatos, egyidejő mintavételt és mérést végez. Az aeroszolminta alfa- és bétaspektrumát PIPS, gammaspektrumát NaI(Tl)- detektorral veszi fel. Kiértékelı programja felismeri a mintában esetleg jelenlévı, hosszú felezési idejő mesterséges eredető radionuklidok (például 137 Cs, 60 Co) jelenlétét, és egyidejőleg adatokat szolgáltat a radon-leányelemek jellemzı koncentrációjáról, a Rn-EEC-értékekrıl is. 4.. A mérés végrehajtása, az eredmények kiértékelése alfa-spektrumból Az AMS-0-vel 30 percen át mintát veszünk. A mintavételt háttérmérésnek kell megelıznie, ennek javasolt idıtartama legalább 5 perc. Ezután a berendezés elindítja a mintavevı pumpát, és 5 percenként felveszi és kiértékeli az aeroszolminta spektrumait. A mesterséges radioizotópok keresését a kiértékelés részeként elvégzi a program, de ezt a mintavétel befejezése után külön méréssel is ellenırizhetjük. A mintavételi ciklus befejezése után megvizsgáljuk a készülék által regisztrált PIPSspektrumokat, de a szőrıt kivéve megmérhetjük annak gamma- illetve alfasugárzását is. Elıbbi esetben az AMS-0 berendezés saját PIPS detektorával felvett utolsó spektrumot használjuk fel a kiértékeléshez. Utóbbi esetben az aeroszolszőrıt kiemelve egy alacsonyhátterő mérıhelyre telepített HP Ge félvezetı detektorral felvesszük a gamma-spektrumot. Ekkor a radioizotópok jelenléte akkor igazolható a 8

9 mintában, ha gamma-vonalaikat a spektrumkiértékelı program azonosítja. Az összes alfa-intenzitás mérése akkor vezetne eredményre, azaz mesterséges sugárforrás észlelésére, ha az AMS-0 kiértékelı programja az alfasugárzó Rn-leányelemeken kívül más izotópok jelenlétét is jelezné, mert a felvett spektrum alakja jelentısen eltért a korábban kalibrációval meghatározottól. Az AMS-0 által végzett kiértékelésrıl a minden 5 perces mérési ciklus után kiegészített eredményfájlból és a spektrumok utólagos megtekintése alapján tájékozódhatunk. Mivel reális esetben alig valószínő mesterséges radioaktivitás detektálása, fontos feladat a mérırendszer kimutatási érzékenységének meghatározása a várható szennyezésekre vonatkozólag. A program által kiszámított kimutatási érzékenység egy gyors közelítı számítással reprodukálható. A PIPS detektorral felvett béta- és alfaspektrumból kiválasztjuk a 14 Po 7.69 MeV-es csúcsának megfelelı nagyenergiájú tartományt (ROI 5 -t, mert ez a spektrumkiértékelésnél 5. sorszámú tartomány, azaz ROI, region-of-interest) és a radonleányelemeknél várhatóan kisebb alfaenergiájú mesterséges tartományt (ROI ), és az egyik segédprogrammal meghatározzuk a két ROI beütésszámát. Elfogadjuk, hogy tiszta radonspektrum esetén mindkét ROI beütésszáma arányos az AMS-0 által meghatározott Rn EEC-vel. Ha mesterséges aktivitás is jelen lenne, akkor a. ROI területe kissé nagyobb lenne, míg az 5. ROI területe nem változna. Az alább, a gamma-spektrum kiértékelésével kapcsolatban ismertetendı LDszámítás segítségével meghatározzuk a kisenergiájú ROI várhatóan szignifikáns növekményét (LD ), és azt az elızetesen kalibrált és az AMS-0 szoftverhez tartozó paraméterfájlból kiolvasható alfadetektálási hatásfokkal (η α ), a mérési idıvel (t M ), valamint az átszívott levegı térfogatával (V) osztva megadjuk a mesterséges aktivitás-koncentrációban kifejezett mérési érzékenységet, c LD -t Bq/m 3 egységben. c LD = t M LD η α V [14] (Külön feladat a [14] egyenletben található szorzótényezı jelenlétének megmagyarázása.) Hasonló módon határozható meg a mesterséges bétasugárzó szennyezés kimutatási érzékenysége A mérés végrehajtása, az eredmények kiértékelése gamma-spektrumból A HP Ge detektor használata esetén, ha a várakozásnak megfelelıen a folyamatos AMS-0-vel végzett mérés során nem volt tapasztalható mesterséges radioaktivitás jelenléte a mintában, egyszerő számítást végzünk a jelen nem lévı izotópok gammasugárzó kimutatási érzékenységének meghatározására. Ennek lényege, hogy megkeressük a spektrum azon tartományait, ahol a keresett izotóp gamma-vonala lenne, és a számítógéppel rögzített spektrum csatornatartalmaiból kiszámítjuk azt a legkisebb csúcsterületet, amelyet már csúcsként regisztrálnánk. Ezt az adatot a mérési idıvel osztva intenzitássá, a gyakorlat során ismertetett számlálási hatásfokkal és a gamma-gyakorisággal osztva aktivitássá konvertáljuk. A kapott értékeket viszonyítjuk a 30 perces mintavétel során átszívott levegı térfogatára, amelyet az AMS-0 által felvett mérési naplóból, az úgynevezett logfájlból 9

10 kaphatunk meg. (Figyelem! Ez nem jelenthet egyszerő osztást!) A felhasználható gamma-vonalak adatai az alábbiak: 137 Cs kev f γ = Co kev f γ = kev f γ =1.0 A spektrumkiértékeléshez szükséges, saját fejlesztéső számítógépes programot (GSANAL) a gyakorlatvezetı segítségével lehet futtatni. A program segítségével meghatározzuk a gamma-spektrumban azonosított radon-leányelemek intenzitását, majd kiszámítjuk a 137 Cs és 60 Co detektálási határát (L D ), amit végül Bq/m 3 -ben adunk meg. Az LD számításának lényege, hogy meg kell adnunk egy átlagos beütésszámot, amely körül a tényleges mérési eredmények olyan eloszlása várható, amelyet a mérések kiértékelésénél szokásos valószínőséggel felismerünk és a keresett radioizotópként (illetve alfasugárzásnál mesterséges radioaktivitásként) azonosítunk. A hasznos jelekként azonosítható beütésszám (spektrumok esetében általában alfavagy gammacsúcs) akkor szignifikáns, ha az adott spektrális területen (ROI-ban) értéke meghaladja a ROI alapvonalához rendelhetı beütésszám bizonytalanságának felhasználásával képezett, 0 darabszámú hasznos jel méréséhez tartozó szórás egy többszörösét. ( = 0) = S B N µ [15] L C = k α * σµ= 0 = k α* σ0 [16] 0 S B B σ = σ + σ B + σ B [17] B az adott ROI-hoz tartozó alapszint-érték, azaz a keresett csúcs jelenléte nélkül mérhetı beütésszám, k α a normalizált normális eloszlás értékkészletébıl származó szignifikancia-tényezı, amely a jelen van nincs jelen döntéshez rendelhetı 95 %-os megbízhatóság esetén k α = Ha a ROI nettó területe nagyobb, mint L C (utólagos kiértékelési határ), a keresett izotópot azonosítottnak tekintjük, és a kapott csúcsterületet használjuk a mennyiségi kiértékeléshez. Ha ez a feltétel nem teljesül, becsülnünk kell azt a fiktív nettó csúcsterületet, amelyhez tartozó aktivitás jelenléte esetén ugyancsak 95 %-os biztonsággal teljesülne az L C -n alapuló elfogadási kritérium. Ez a fiktív beütésszám L D, az elızetes detektálási határ: L D LC + kα = [18] A beütésszámban meghatározott L D ezután tovább alakítható a kiértékelés számára fontos mennyiségekké (intenzitás, aktivitás, aktivitás-koncentráció).az e 10

11 számításokhoz szükséges paramétereket (pl. a számlálási hatásfok értékét) a mérésvezetı adja meg. 5. Radon meghatározása RGM-3 radongázmérı berendezéssel 5.1. A mérıberendezés Az RGM-3 mérıberendezés ZnS(Ag) szcintillációs detektorból kialakított, átáramlásos Lucas-cellát tartalmazó radongázmérı. Két üzemmódban alkalmazható: szakaszos, légszivattyúval végzett átáramlásos mintavételt követı, tetszıleges idejő számlálással ( grab mode ) és folyamatos, a mintavétellel egyidıben történı méréssel ( continuous mode ). Elıbbi kisebb és nagyobb légterek mérésére egyaránt alkalmas, és a mérés eredménye követi az idıben változó radonkoncentrációt, utóbbi módszer nagy légterek átlagos radonkoncentrációjának mérésére szolgál. A mintavevı berendezésben aeroszolszőrıvel akadályozzuk meg a leányelemek bejutását a Lucas-cellába. Így a mérés során csak a cellába bejutott Rn és a belıle a cellában tartózkodás során elıálló leányelemek alfasugárzását regisztráljuk. A berendezés beépített számítógépén, operátori beavatkozás nélkül fut a grab, illetve a continuous módnak megfelelı mérési adatgyőjtı- és kiértékelı program. Az operátor a kezelıszerveken (beviteli billentyők, egysoros kijelzı) keresztül a kiértékelést érintı paraméterek közül csak az alfaszámlálás hatásfokát módosíthatja. A berendezés elsısorban a Lucas-cellába épített ZnS(Ag) detektor szerény spektrális képességei miatt csak Rn mérésére alkalmas, azaz a két radonizotópot együttesen határozza meg. Ez fıként a folyamatos mérési módban vezethet módszeres mérési hibához, ezért a készüléket javasolt szakaszos módban használni. 5.. A mérési feladat A mérés során elıször meg kell ismerkedni a kissé bonyolult, átkapcsolós rendszerő vezérlı billentyőkkel, majd a szakaszos mintavételi módot beállítva, vizsgáljuk a kiválasztott légterek radongáz-koncentrációját. Zárt és nyílt terekben egyaránt mérhetünk, ezzel kiegészítve a 3. fejezetben ismertetett, elsısorban beltéri mérésekhez ajánlott Tsivoglu-féle mérést, illetve a 4.1. fejezetben ismertetett, elsısorban kültéri mérésekre kidolgozott AMS-0 rendszerrel végzett méréseket. A mérésnél különösen fontos, hogy a mintavételt megelızı háttérmérést a mintázandó légtérnél lényegesen kisebb koncentrációjú, állott levegıvel végezzük el. Ehhez a feladathoz célszerő egy lezárt légterő, cirkulációra is alkalmas módon kialakított tartályt elıkészíteni és alkalmazni. A Rn megfelelı mérvő 11

12 lebomlásához az állott levegıben a felezési idı legalább 5-szöröse, azaz mintegy 3 hét szükséges. A 0 Rn és leányelemeinek felezési ideje ennél rövidebb. 1

13 6. Ellenırzı kérdések Miért nem elegendı egyetlen mérést végezni a radon koncentrációjának meghatározására a Tsivoglu-módszerrel végzett mérés során? Mennyire befolyásolja a meghatározást az, hogy a vizsgált légtérben mennyi az aeroszol (por, füst) mennyisége? Milyen következtetést lehet levonni abból, ha a RnB és RnC komponensek koncentrációjának arányából a mérés során 1-nél kisebb egyensúlyi korrekciós tényezı adódik? Mik az alapvetı különbségek a radongáz és a radon-leányelemek mérésére szolgáló eljárások között? 7. Ajánlott irodalom Virágh Elemér : Sugárvédelmi ismeretek (Mérnöki Továbbképzı Intézet jegyzete, 1990.) NCRP Report #97 Measurement of Radon and Radon daughters in Air (National Council on Radiation Protection and Measurement, 1988.) 13

14 8. Tartalom 1. Bevezetés Elméleti összefoglalás A rövid felezési idejő radon-leányelemek meghatározása Tsivoglu klasszikus módszerével A mérés elve A mérés kivitelezése Tsivoglu módszere szerint A méréshez szükséges eszközök és anyagok Kiértékelés Kiértékelés Tsivoglu eredeti módszerével Az egyensúlyi egyenérték koncentráció (EEC) Radon és Toron EEC meghatározása AMS-0 aeroszolmintavevı berendezéssel A mérés elve A mérés végrehajtása, az eredmények kiértékelése alfa-spektrumból A mérés végrehajtása, az eredmények kiértékelése gamma-spektrumból Radon meghatározása RGM-3 radongázmérı berendezéssel A mérıberendezés A mérési feladat Ellenırzı kérdések Ajánlott irodalom Tartalom