1. Bevezetés A levegő radonkoncentrációjának meghatározása A mérési gyakorlatok során több módszerrel is meghatározzuk a levegőben jelenlévő radon ( Rn és 0 Rn) aktivitás-koncentrációját. Egyes méréseket zárt térben hajtunk végre, kedvező időjárási körülmények esetén szabad levegőn is végzünk meghatározásokat. A mérések két csoportra oszthatók aszerint, hogy - a leányelemeitől a mintavétel során elválasztott radongáz aktivitását határozzuk-e meg, vagy - a meghatározást a levegőben jelenlévő aeroszolhoz kötődött rövid felezési idejű radon bomlástermékek sugárzásának mérése alapján végezzük el, a leányelemek koncentrációjának meghatározásának eredményeiből számítva ki a levegő radonkoncentrációját.. Elméleti összefoglalás A természetes radioaktivitás jelentős részét képező 38 U és 3 Th bomlási sorának egyik tagja nemesgáz, a Rn illetve a 0 Rn ( toron ). Mivel az előbbi felezési ideje 3,8 nap, az utóbbié pedig csak 54 s, a talajból és a talaj alatti kőzetből, valamint épületek esetében az építőanyagokból a Rn jelentősen nagyobb mennyiségben kerülhet ki a légtérbe. A sugárzás Felezési idő Bomlási állandó Izotóp Sugárzás energiája [MeV] [perc] [1/perc] [1/s] Rn=Rn α 5,49 5501 1,6e-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 0,03518 5,86e-4 14 Po=RnC α 7,69,73e-6,54e5 43 1. táblázat A Rn és rövid felezési idejű bomlástermékeinek jellemző adatai A radon bomlása során keletkező leányelemek adszorbeálódnak a levegőben lévő aeroszolrészecskék (por, füst) felszínén, és a belélegzést követően lerakódnak az emberi légutakban (torok, légcső, hörgők, tüdő). Rövid felezési idejük miatt hamarább elbomlanak, mintsem a szervezet tisztító mechanizmusa eltávolítaná őket. Dozimetriai szempontból különösen veszélyes az alfasugárzásuk, amelynek sugárzási tényezője w R = 0, azaz ugyanakkora abszorbeálódott alfaenergia 1
húszszoros valószínűséggel okoz sejtmutációt a gamma- vagy bétasugárzás energiájához képest. (A dózisfogalmakat és a dozimetria elvi alapjait más gyakorlatok leírásánál ismertetjük.) 3. A rövid felezési idejű radon-leányelemek meghatározása Tsivoglu klasszikus módszerével 3.1. A mérés elve A mérés alapelvét TSIVOGLU és munkatársai közölték 1953-ban. Mivel a radon egészségkárosító hatása elsősorban a rövid felezési idejű, alfasugárzó leányelemeknek tulajdonítható, a mérés során e leányelemek koncentrációját határozzuk meg. Mintát veszünk a levegőben lévő aeroszolból, az aeroszolhoz kötött radon-leányelemek aktivitásának arányából (melyet az alfasugárzás intenzitásának időbeli 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 idejű Rn -leányelemek közül a 18 Po (RnA) és a 14 Po (RnC ) alfasugárzó. A mérés során a levegőből szűréssel vett aeroszolminta alfasugárzását detektáljuk. A mérés körülményei között, a minta hosszabb időt igénylő radiokémiai feldolgozása nélkül nincs lehetőség a két eltérő energiájú komponens egymás melletti, spektrometriás meghatározására, csak az alfasugárzás szelektív, azaz a szintén a radon-leányelemektől, valamint a mérőhely hátteréből származó béta- és gammasugárzástól mentes mérése oldható meg. Erre a célra ZnS(Ag) szcintillációs detektort alkalmazunk. A radon-leányelemek összes radioaktivitása a szűrőn a mintavétel alatt növekszik, majd annak leállítása után csökken. Valamennyi nuklidra igaz, hogy mennyisége arányos a Rn koncentrációjával a levegőben, de a bomlás mellett a RnB, RnC és RnC nuklidjainak száma részben növekszik is, a közvetlen anyaelem bomlása következtében. Aktivitásuk időfüggése egy differenciálegyenlet-rendszerrel írható le. Ennek bemutatását mellőzzük, de a részletek ismerete nélkül is belátható, hogy ha a mintavétel befejezése után különböző időpontokban megmérjük a mintából kilépő alfasugárzás intenzitását, az mindig a leányelemek mennyiségének (aktivitásának) összegével lesz arányos, és az egyes komponensek részesedése az összes aktivitásból minden időpontban különböző lesz. Mivel három komponens mennyiségét kell meghatároznunk (a RnC aktivitása az igen rövid felezési idő miatt gyakorlatilag minden pillanatban azonos lesz a RnC aktivitásával), ehhez legalább három időpontban kell mérési adattal rendelkeznünk, és ismerni kell az adott időpontban érvényes, egységnyi kiindulási koncentrációra vonatkozó megoszlási arányt a komponensek között. Tsivoglu és munkatársai meghatározták e megoszlási arányok időfüggését. A mérési módszer számos elhanyagolást, kisebb pontatlanságot tartalmaz, ezek közül a legfontosabb az, hogy nem különbözteti meg a radon és a mellette kisebb mennyiségben jelenlévő toron leányelemeit.
3.. A mérés kivitelezése Tsivoglu módszere szerint A mintavétel kezdetének időpontjában a levegőben a RnA, RnB és RnC koncentrációk különböző értékűek. A levegőminta vételének ideje alatt az aktív aeroszolok folyamatosan lerakódnak a szűrőre. A mintavétel befejezésének időpontjában a szűrőn meghatározott számú RnA, RnB, RnC stb. atommag található. A RnA atommagok számát a szívás térfogati sebessége, a levegő RnA tartalma és a mintavétel ideje alatti bomlások száma határozzák meg. A többi leányelem esetében figyelembe kell venni a bomlássor előző tagjából származó aktív magok számát is. Ez a számítás természetesen azt feltételezi, hogy a 0 Rn mennyisége a Rn-hoz képest elhanyagolható. A mintavételt 45 percig végezzük. A szívás befejezése után az összegyűlt atommagok az 1. táblázatban megadott felezési időkkel bomlanak. Az alfabomlásgörbe a RnA és RnC alfasugárzásának eredőjeként jön létre, de az időbeli lefutást a többi leányelem is befolyásolja. A szívás befejezését követően a szűrőt az alfa-sugárzásdetektor elé helyezzük, és 1-1 perces időtartamokkal mérjük a sugárzás intenzitását. A kiértékelés úgy történik, hogy az alfa-bomlásgörbe 5., 15. és 30. percében meghatározott alfa-intenzitás értékeiből következtetünk a szívás befejezésének időpontjában a szűrőn lévő RnA, RnB és RnC atommagok számára, majd ezek ismeretében kiszámítjuk az egyes izotópoknak a levegőben lévő koncentrációinak átlagértékeit a mintavétel időtartamára vonatkozóan. Végül a RnA, RnB és RnC aktivitásértékei alapján következtetünk a radonkoncentrációra. 3.3. A méréshez szükséges eszközök és anyagok Aeroszolminták vételéhez jó hatásfokú levegőszűrőt kell használni, melynek felületén gyűlik össze a radioaktivitást is tartalmazó aeroszol. A két lehetőség: legfeljebb 0.1 µm pórusátmérőjű papírszűrő, illetve elektrosztatikus leválasztással működő impaktor. Mintavevőként olyan légszivattyút használunk, amely viszonylag nagy térfogatú levegőt képes mozgatni. A gyakorlat során FH-4 típusú elektrosztatikus szűrővel ellátott mintavevőt használunk. Az elektrosztatikus szűrő szűrési hatásfoka 30% körüli, a mintavevő térfogatsebessége 5 m 3 /óra (417 dm 3 /perc). A szűrő 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 szűrési hatásfokkal. Az összes alfa-intenzitás értékeit ábrázoljuk a szívás befejezése után eltelt idő függvényében. Ezzel megkapjuk a bomlásgörbét. A kiértékeléshez szükséges matematikai formulákat egy bonyolult, lineáris inhomogén differenciálegyenlet-rendszer megoldásával kapjuk meg. 3
3.4. Kiértékelés 3.4.1. Kiértékelés Tsivoglu eredeti módszerével Megrajzoljuk az alfa-bomlásgörbét: a szívás befejezésének időpontjától számítva ábrázoljuk a szűrési hatásfokkal és az alfa-detektálás hatásfokával korrigált összesalfa-aktivitás értékeket.(szűrési hatásfok: 30%; detektálási hatásfok 15% ) Ne feledkezzünk meg a mérés előtt meghatározott háttér figyelembevételéről! A bomlásgörbéről leolvassuk az 5., 15. és 30. perchez tartozó értékeket. Kis radonkoncentráció esetén szükséges lehet a nukleáris számlálás statisztikus szórásának csökkentése megfelelő 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 terjedő, 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 szűrőn a mintavétel befejezésének időpontjában 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 levegő RnA, RnB és RnC koncentrációértékeit atom/dm 3 egységben. Jelöljük ezeket rendre Q RnA, Q RnB és Q RnC -vel, ekkor: Q RnA 0 0.335 N RnA = [4] v Q Q RnB RnC 0.13 N = 0.18 N = 0 RnB 0 RnC 0.407 Q v RnA v ( 0.04 Q + 0.0677 Q ) v RnA RnB v [5] [6] A Q RnA, Q RnB és Q RnC koncentrációértékeket a λ bomlási állandók segítségével aktivitáskoncentrációkká számítjuk át (ugyanis c A = λ * Q), ekkor Bq/m 3 -ben kapjuk az eredményeket. 4
c A frna=3,78*q RnA [7] c B frnb=0,431*q RnB [8] c C frnc=0,586*q RnC [9] Az eddigi eredményekből következtetünk a radonkoncentrációra az 1. ábra segítségével. Itt a két hosszabb felezési idejű 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 szellőztetett terekre, illetve szabad levegőre vonatkozik. A Q RnB, Q RnC és c A frnb értékek ismeretében, az ábra alapján meghatározott korrekciós tényező felhasználásával megkapjuk a Rn becsült koncentrációját: A f Rn=Z*A f RnB [10] A koncentráció szórásának pontos meghatározásához a felhasznált számítási eljárás egyes műveleteinek bizonytalanság-analízise is szükséges lenne. Közelítésképpen a bomlásgörbéről leolvasott legkisebb intenzitás relatív szórását alkalmazzuk a koncentráció hibájának becslésére. 1. ábra Korrekciós tényező a radonkoncentráció számításához a RnB és RnC komponens koncentrációhányadosának függvényében 5
3.4.. Az egyensúlyi egyenérték koncentráció (EEC) A radon dozimetriai jelentőségének felismerése következtében, a múlt század 80-as éveiben az újabb mérési módszerek mellett a dózisszámítással közvetlenebbül összekapcsolható mérendő mennyiségeket is bevezettek. Ezek a radon rövid felezési idejű leányelemeire vonatkoznak, közülük legfontosabbak a Potenciális Alfa Energia Koncentráció, angol rövidítéséből PAEC és az erre épülő Egyensúlyi Egyenérték Koncentráció, EEC. Tsivoglu módszerének számos fogyatékossága mellett hatalmas előnye, hogy közvetlenül alkalmas az EEC meghatározására is. 1 MeV PAEC = ( N1 *13.71+ N *7.69 + 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 megfelelő esetben azonos N o RnB-vel); N 3 : a 3. leányelem ( 14 Bi) nuklidjainak száma (a [3] egyenletnek megfelelő esetben azonos N o RnC-vel); V a vizsgált levegő térfogata. Egy 18 Po-nuklidból 6.0 + 7.69, összesen 13.71 MeV alfaenergia, egy 14 Pb- illetve egy 14 Bi-nuklidból 7.69 MeV alfaenergia juthat a szervezetbe, ezt fejezik ki a [11] egyenlet konstansai. 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 13.71 7.69 7.69 PAEC + + eq = c0 * [1] λ1 λ λ 3 Az eq index az egyensúlyi állapotra utal. Ha a leányelemek nincsenek egyensúlyban, az egyensúlyi egyenérték koncentráció (EEC) úgy értelmezhető, hogy az adott keverék által a szervezetbe vihető, 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 * 0.105 + c 1 eq 0 13.71 7.69 7.69 c1 * + c * + c3 * λ1 λ λ 3 = 13.71 7.69 7.69 + + λ λ λ 1 * 0.516 + c 3 * 0.379 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 ). 6
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] egyenletből megkapjuk EEC értékét. 4. További radon-meghatározások 4.1. Radon és Toron EEC meghatározása AMS-0 aeroszolmintavevő berendezéssel A levegővel inkorporálható radioaktivitás döntő részben aeroszol-részecskékhez kötött állapotban található. Az alfa-, béta- és gammasugárzó radioaktív izotópok mérésével vizsgálható a levegő radioaktív szennyezettsége. Ekkor a minden esetben jelenlévő, de folyamatosan változó koncentrációjú Rn és 0 Rn leányelemeinek részesedését le kell vonnunk. A környezeti monitorozó berendezések működőképességének és pontosságának igazolásaképpen célszerű, hogy mérjék és jelezzék ki a mindenkori radon- és toronkoncentrációt, azaz EEC-t. 4.1.1. A mérés elve Az aeroszolhoz kötött természetes és mesterséges radioaktivitás komponensei közül csak a gammasugárzó nuklidok különböztethetők meg egyszerűen, energiaszelektív gamma-detektorral és az elnyelt energiával arányos amplitúdójú válaszjelek számlálására szolgáló gamma-spektrométerrel végzett méréssel. A mérést az aeroszol-mintavétellel egyidőben vagy a mintavételt követően is végezhetjük. Az alfa-sugárzó izotópok egymással erősen átfedő csúcsai csak korlátozottan, a folytonos spektrummal rendelkező béta-sugárzók sehogyan sem különböztethetők meg egymástól tisztán műszeres eszközök alkalmazásával. Az AMS-0 berendezés kézi vezérlésű változatával a levegő aeroszoltartalmát mintavevő pumpával és a mintát felfogó szűrővel, valamint a szűrőn megkötött radioaktivitás mérésével vizsgáljuk. A mintavételt és a mérést egyidejűleg vagy egymást követően is megvalósíthatjuk. A rövid felezési idejű Rn-leányelemek mennyisége arányos a Rn koncentrációjával a levegőben. Az aeroszolszűrőn a bomlás mellett a leányelemek nuklidjainak száma a mintavétel illetve a mérés során növekszik is, a közvetlen anyaelem bomlása következtében, így az aktivitások időfüggése egy differenciálegyenlet-rendszerrel írható le. Ha a radonkoncentráció a mintázott levegőben állandónak tekinthető, egy idő után az aeroszol-mintavétel során az aktivitás növekedése (új nuklidok megkötése a szűrőn) és a bomlás miatti csökkenés egy idő után kiegyenlítődik, tehát a szűrőn lévő természetes eredetű aktivitás telítésbe megy. Mivel a mesterséges eredetű radionuklidok forrása feltehetően a környezeti mintavételi helytől távol van, a szűrőt elérő nuklidok a radonleányelemeknél feltehetően jóval nagyobb felezési idővel bírnak, így ezek aktivitása a jellemzően legfeljebb egy-két napos mintavételi idő alatt nem telítődik, hanem állandó jelenlét esetén a szűrőn folyamatosan növekszik. Bétasugárzás mérése esetén csak a telítődés vagy növekedés trendje adhat alapot a mesterséges és természetes radioaktivitás megkülönböztetésére, míg alfa- és gammasugárzó izotópok esetében az energiaspektrum segítségével azonosíthatóak is a források. 7
Az AMS-0 aeroszolmonitorozó rendszer folyamatos, egyidejű mintavételt és mérést végez. Az aeroszolminta alfa- és bétaspektrumát PIPS, gammaspektrumát NaI(Tl)-detektorral veszi fel. Kiértékelő programja felismeri a mintában esetleg jelenlévő, hosszú felezési idejű mesterséges eredetű radionuklidok (például 137 Cs, 60 Co) jelenlétét, és egyidejűleg adatokat szolgáltat a radon-leányelemek jellemző koncentrációjáról, a Rn-EEC-értékekről is. 4.1.. A mérés végrehajtása, az eredmények kiértékelése alfa-spektrumból Az AMS-0-vel 30 percen át mintát veszünk. A mintavételt háttérmérésnek kell megelőznie, ennek javasolt időtartama legalább 5 perc. Ezután a berendezés elindítja a mintavevő 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 ellenőrizhetjük. A mintavételi ciklus befejezése után megvizsgáljuk a készülék által regisztrált PIPSspektrumokat, de a szűrőt kivéve megmérhetjük annak gamma- illetve alfasugárzását is. Előbbi esetben az AMS-0 berendezés saját PIPS detektorával felvett utolsó spektrumot használjuk fel a kiértékeléshez. Utóbbi esetben az aeroszolszűrőt kiemelve egy alacsonyhátterű mérőhelyre telepített HP Ge félvezető detektorral felvesszük a gamma-spektrumot. Ekkor a radioizotópok jelenléte akkor igazolható a mintában, ha gamma-vonalaikat a spektrumkiértékelő program azonosítja. Az összes alfa-intenzitás mérése akkor vezetne eredményre, azaz mesterséges sugárforrás észlelésére, ha az AMS-0 kiértékelő programja az alfasugárzó Rn-leányelemeken kívül más izotópok jelenlétét is jelezné, mert a felvett spektrum alakja jelentősen eltért a korábban kalibrációval meghatározottól. Az AMS-0 által végzett kiértékelésről a minden 5 perces mérési ciklus után kiegészített eredményfájlból és a spektrumok utólagos megtekintése alapján tájékozódhatunk. Mivel reális esetben alig valószínű mesterséges radioaktivitás detektálása, fontos feladat a mérőrendszer kimutatási érzékenységének meghatározása a várható szennyezésekre vonatkozólag. A program által kiszámított érzékenység egy gyors közelítő számítással reprodukálható. A PIPS detektorral felvett béta- és alfaspektrumból kiválasztjuk a 14 Po 7.69 MeV-es csúcsának megfelelő 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 ismertetendő LDszámítás segítségével meghatározzuk a kisenergiájú ROI szignifikáns növekményét, és azt a tiszta radonspektrum ROI-területét felhasználva egyszerű aránypárral megadjuk a mesterséges aktivitás-koncentrációban kifejezett mérési érzékenységet, c LD -t Bq/m 3 egységben. LD c LD = * EEC [14] ROI 5 8
4.1.3. A mérés végrehajtása, az eredmények kiértékelése gamma-spektrumból A HP Ge detektor használata esetén, ha a várakozásnak megfelelően a folyamatos AMS-0-vel végzett mérés során nem volt tapasztalható mesterséges radioaktivitás jelenléte a mintában, egyszerű számítást végzünk a jelen nem lévő izotópok 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 idővel osztva intenzitássá, a gyakorlat során ismertetett számlálási hatásfokkal és a gammagyakorisággal osztva aktivitássá konvertáljuk. A kapott értékeket viszonyítjuk a 30 perces mintavétel során átszívott levegő térfogatára, amelyet az AMS-0 által felvett mérési naplóból, az úgynevezett logfájlból kaphatunk meg. (Figyelem! Ez nem jelenthet egyszerű osztást!) A felhasználható gamma-vonalak adatai az alábbiak: 137 Cs 661.6 kev f γ =0.85 60 Co 1173.3 kev f γ =1.0 133.5 kev f γ =1.0 A spektrumkiértékeléshez szükséges, saját fejlesztésű számítógépes programot (GSANAL) a gyakorlatvezető 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 valószínűséggel felismerünk és a keresett radioizotópként (illetve alfasugárzásnál mesterséges radioaktivitásként) azonosítunk. A hasznos jelekként azonosítható beütésszám (spektrumok esetében általában alfa- vagy gammacsúcs) akkor szignifikáns, ha az adott spektrális területen (ROIban) értéke meghaladja a ROI alapvonalához rendelhető 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 mérhető beütésszám, k α a normalizált normális eloszlás értékkészletéből származó szignifikancia-tényező, amely a jelen van nincs jelen döntéshez rendelhető 95 %-os megbízhatóság esetén k α = 1.645. 9
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 előzetes 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 számításokhoz szükséges paramétereket (pl. a számlálási hatásfok értékét) a mérésvezető adja meg. 4.. Radon meghatározása RGM-3 radongázmérő berendezéssel 4..1. A mérőberendezés Az RGM-3 mérőberendezés ZnS(Ag) szcintillációs detektorból kialakított, átáramlásos Lucas-cellát tartalmazó radongázmérő. Két üzemmódban alkalmazható: szakaszos, légszivattyúval végzett átáramlásos mintavételt követő, tetszőleges idejű számlálással ( grab mode ) és folyamatos, a mintavétellel egyidőben történő méréssel ( continuous mode ). Előbbi kisebb és nagyobb légterek mérésére egyaránt alkalmas, és a mérés eredménye követi az időben változó radonkoncentrációt, utóbbi módszer nagy légterek átlagos radonkoncentrációjának mérésére szolgál. A mintavevő berendezésben aeroszolszűrővel akadályozzuk meg a leányelemek bejutását a Lucas-cellába. Így a mérés során csak a cellába bejutott Rn és a belőle a cellában tartózkodás során előálló leányelemek alfasugárzását regisztráljuk. A berendezés beépített számítógépén, operátori beavatkozás nélkül fut a grab, illetve a continuous módnak megfelelő mérési adatgyűjtő- és kiértékelő program. Az operátor a kezelőszerveken (beviteli billentyűk, egysoros kijelző) keresztül a kiértékelést érintő paraméterek közül csak az alfaszámlálás hatásfokát módosíthatja. A berendezés elsősorban a Lucas-cellába épített ZnS(Ag) detektor szerény spektrális képességei miatt csak Rn mérésére alkalmas, azaz a két radonizotópot együttesen határozza meg. Ez főként a folyamatos mérési módban vezethet módszeres mérési hibához, ezért a készüléket javasolt szakaszos módban használni. 4... A mérési feladat A mérés során először meg kell ismerkedni a kissé bonyolult, átkapcsolós rendszerű vezérlő billentyűkkel, majd a szakaszos mintavételi módot beállítva, vizsgáljuk a kiválasztott légterek radongáz-koncentrációját. Zárt és nyílt terekben egyaránt mérhetünk, ezzel kiegészítve a 3. fejezetben ismertetett, elsősorban beltéri 10
mérésekhez ajánlott Tsivoglu-féle mérést, illetve a 4.1. fejezetben ismertetett, elsősorban kültéri mérésekre kidolgozott AMS-0 rendszerrel végzett méréseket. A mérésnél különösen fontos, hogy a mintavételt megelőző háttérmérést a mintázandó légtérnél lényegesen kisebb koncentrációjú, állott levegővel végezzük el. Ehhez a feladathoz célszerű egy lezárt légterű, cirkulációra is alkalmas módon kialakított tartályt előkészíteni és alkalmazni. A Rn megfelelő mérvű lebomlásához az állott levegőben a felezési idő legalább 5-szöröse, azaz mintegy 3 hét szükséges. A 0 Rn és leányelemeinek felezési ideje ennél rövidebb. 5. Ellenőrző kérdések Miért nem elegendő 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 tényező adódik? Mik az alapvető különbségek a radongáz és a radon-leányelemek mérésére szolgáló eljárások között? 6. Ajánlott irodalom Virágh Elemér : Sugárvédelmi ismeretek (Mérnöki Továbbképző Intézet jegyzete, 1990.) NCRP Report #97 Measurement of Radon and Radon daughters in Air (National Council on Radiation Protection and Measurement, 1988.) 11