1. Wstęp. Z prasy. Encyklopedia medyczna. Autor: Hayk Hovhannisyan. Tytuł: Badanie transportu radonu w ośrodku porowatym na stanowisku laboratoryjnym

Transkrypt

1 1. Wstęp Radon cichy zabójca, niewidzialny przenikający do naszych domów. Z prasy Radonoterapia sposób leczenia wielu chorób za pomocą ekspozycji radonu lub radonowych wód. Encyklopedia medyczna Temat pracy jest interdyscyplinarny, dotyczy bowiem zagadnień z geofizyki, ochrony przed promieniowaniem i fizyki. Radon to gaz szlachetny, którego wszystkie trzy izotopy występujące w środowisku są promieniotwórcze. Jest on najważniejszym czynnikiem promieniotwórczym, na który jest narażony ogół ludności. Jego udział w dawce rocznej pochodzącej od promieniowania naturalnego jest największy. Radon tworzący się w skałach i glebie w wyniku rozpadu promieniotwórczego radu, w naturalny sposób uwalnia się ze struktur minerałów i dyfunduje ku powierzchni skorupy ziemskiej a stamtąd do atmosfery. Radon przenikając dyfuzyjnie i ulegając transportowi adwekcyjnemu w drodze z gruntu do atmosfery, może gromadzić się w powietrzu budynków mieszkalnych, zwłaszcza w ich najniższych kondygnacjach. Na wyższych poziomach budynków (1-sze, 2-gie piętro) rejestrowane stężenia radonu są na ogół niższe. Zaobserwowany fakt jest wynikiem procentowego spadku udziału radonu od głównego źródła, jakim jest podłoże wraz z wysokością. Natomiast pozostaje udział radonu z materiałów budowlanych, z jakich budynek jest wykonany. Radon wydziela się też z hałd kopalni uranu a także z odpadów wypalonego paliwa reaktorów jądrowych i składowisk (o niskiej aktywności) znajdujących się na powierzchni gruntu. Gazowy radon, który w wyniku inhalacji dostanie się do płuc ulega rozpadowy. Powstałe produkty w postaci ciał stałych osadzają się w pęcherzykach płucnych, emitując cząstki alfa już wewnątrz organizmu. Skutkiem takiego procesu może być nowotwór płuc. 1

2 Głównym i najważniejszym źródłem radonu jest grunt i skały podłoża, stąd badanie procesu transportu radonu w nich jest takie ważne. Proces ten jest interesujący i złożony, zależny od wielu czynników. Emanacja i transport radonu w skorupie ziemi stanowi również przedmiot badań geofizyków i sejsmologów, ponieważ anomalne zmiany jego stężenia w strefie uskokowej mogą być traktowane jako prekursory trzęsień ziemi. Radon został uznany za prekursora sejsmicznych zdarzeń po tragicznym trzęsieniu ziemi w Taszkencie w 1966 roku, kiedy to w wielu kopalniach zarejestrowano anomalne zmiany jego stężenia w wodzie. Charakter zmian stężeń radonu zarejestrowanego na terenie uskoków znajdujących się blisko epicentrum sejsmicznych zdarzeń bywa różny. W latach autor pracując w Ormiańskiej Służbie Ochrony Sejsmicznej w ramach pracy magisterskiej oszacował prawdopodobieństwa sprawdzalności radonowych prekursorów trzęsień ziemi M<5.0, które miały miejsce na terytorium Armenii. W warunkach naturalnych na transport radonu ma wpływ wiele czynników (temperatura, wilgotność, porowatość i przepuszczalność gruntu, stężenie radu w gruncie itp.). W Laboratorium Ekspertyz Radiometrycznych Instytutu Fizyki Jądrowej PAN zostało zaprojektowane i skonstruowane stanowisko (Radon Transport Device - RTD) do badania transportu i ekshalacji radonu w warunkach laboratoryjnych. Stanowisko RTD umożliwia badanie transportu radonu przez różne ośrodki gleby, skały, itp. oraz kontrolowanie i rejestrowanie zmian parametrów fizykochemicznych ośrodka (m.in. ciśnienie, wilgotność i temperatura). 2

3 Radon emitują warstwy przypowierzchniowe albo przemieszcza się on z głębi ku powierzchni skorupy ziemskiej i uwalnia się do atmosfery. Główne czynniki odpowiadające za transport radonu w gruncie to gradient stężenia (dyfuzja molekularna) i gradient ciśnienia (adwekcja). Więc mechanizm transportu radonu jest złożony, a zarazem zależny od wielu czynników, m.in.: stężenia radu w gruncie porowatości gruntu przepuszczalności gruntu wilgotności gruntu temperatury gruntu różnicy ciśnień Nie wszystkie zależności są za dobrze znane i dlatego ciągle są podawane badaniom. Celem niniejszej pracy było: 1. Opracowanie metody wyznaczenia współczynnika dyfuzji radonu na laboratoryjnym stanowisku RTD. 2. Opracowanie metody pomiarów adwekcyjnego transportu radonu w warunkach laboratoryjnych. 3. Próbę wyjaśnienia krzywej narastania stężenia radonu w czasie w przyrządzie RTD przy istnieniu różnicy ciśnień. 3

4 Aby osiągnąć cel: skonstruowano unikatowe stanowisko Radon Transport Device (RTD), który wraz z profesjonalnymi miernikami radonu AlphaGUARD oraz zastosowaniem naturalnego źródła radonu (ruda uranowa) umożliwia badanie dynamiki przepływu radonu (dyfuzyjnego i adwekcyjnego) w 2,5 metrowym słupie materiału sypkiego w sposób ciągły; skonstruowano system przetwarzania i regulacji różnicy ciśnień w laboratoryjnym stanowisku RTD. przygotowano 3 modele gruntu, które uwzględniały zróżnicowanie ze względu na typ, uziarnienie i skład gruntu. Ograniczenie liczby zastosowanych modeli gruntu związane było z czasochłonnością przygotowania próbki (do wypełnienia RTD potrzebne jest ponad 200 kg materiału wsypowego) oraz czasem trwania jednego eksperymentu (ok. 1,5 m- ca). Przeprowadzono ponad 20 eksperymentów, z których połowa miała charakter testowy. Ponadto autor między innymi: przygotował źródło radonu z naturalnej rudy uranowej pochodzącej z Sudetów Polskich; przetestował i porównał dwie najbardziej znane metody wyznaczenia współczynnika dyfuzji radonu; rozwiązał równanie dyfuzyjnego transportu radonu dla radioaktywnego ośrodka; opracował trzy sposoby pomiaru współczynnika dyfuzji radonu na stanowisku laboratoryjnym RTD; opracował metodykę wyznaczania szybkości adwekcyjnego transportu radonu dla dwóch modeli gruntu. 4

5 Jeżeli w RTD występuje różnica ciśnień pod wpływem której gaz nośny porywa radon ze źródła, to stężenie radonu w górnej części słupa materiału zmienia się w czasie przy ustalonej różnicy ciśnień. Otrzymujemy w ten sposób krzywą narastania stężenia radonu w czasie. Przedstawiona ona na rysunku poniżej: Rysunek Krzywa narastania stężenia radonu podzielona na charakterystyczne obszary. Możemy wyróżnić cztery obszary krzywej (zaznaczone na Rysunku 1.1.1). W obszarach I i II ruch radonu opisywani jest prawem Darcy ego. Natomiast w obszarze IV zmiany stężenia radonu z ciśnieniem nie są zgodne z prawem Darcy ego. Jest to ciekawym wynikiem pracy. 5