Źródła a promieniowania jądrowego j w przyziemnych warstwach atmosfery. Pomiar radioaktywności w powietrzu w Lublinie. Jan Wawryszczuk Radosław Zaleski
Lokalizacja monitora skażeń promieniotwórczych rczych monitor skażeń promieniotwórczych Układ monitorujący, zaprojektowany i zbudowany w Instytucie Fizyki UMCS, zainstalowany jest w Lublinie na dachu 10 piętrowego budynku Wydziału Matematyki, Fizyki i Informatyki (ul. Akademicka 7) Lublin
Budowa monitora skażeń promieniotwórczych rczych Do rejestracji promieniowania zastosowano detektor scyntylacyjny z kryształem NaJ(Tl). Aby zapewnić jego stabilną pracę, detektor jest umieszczony w osłonie cieplnej, wewnątrz której utrzymywana jest stała temperatura. Obudową zewnętrzną detektora jest metalowy cylinder z daszkiem umożliwiający pionowy przepływ powietrza wzdłużścianki ekranu cieplnego. moduł cieplny fotopowielacza (GB + PB) grzałka (GB) grzałka osłony (GE) moduł cieplny fotopowielacza (GA +PA) T g T ch kom.peltiera (PA) WN NaJ(Tl) DZIELNIK WN FOTOPOW. i PRZEDWZMA- CNIACZ WY ekran magnet. fotopowielacza osłona cieplna (Al. + styropian) obudowa (φ260)
Budowa monitora skażeń promieniotwórczych rczych obudowa osłona cieplna detektor scyntylacyjny Sygnały z detektora przekazywane są do układów spektrometrycznych, gdzie są wzmacniane, analizowane i gromadzone w formie widma energetycznego. O każdej godzinie przesyłane są one do serwera WWW, który analizuje uzyskane dane i prezentuje wyniki w postaci tabel oraz wykresów na stronie WWW http://radioaktywnosc.umcs.lublin.pl/ Układy spektrometryczne Serwer WWW Internet
Budowa monitora skażeń promieniotwórczych rczych obudowa osłona cieplna detektor scyntylacyjny Monitorowane jest promieniowanie gamma w powietrzu o energii przewyższającej 100 kev oraz cząstki naładowane promieniowania kosmicznego, przenikające przez metalową obudowę detektora. Układy spektrometryczne Serwer WWW Internet
Radioaktywność w powietrzu Podstawowym wskaźnikiem radioaktywności w powietrzu jest liczba wszystkich cząstek zarejestrowanych przez detektor. Poziom średni odpowiada mocy dawki promieniowania rejestrowanego przez detektor wynoszącej ok. 0,24 µsi/h. Poziom anomalny jest poziomem umownym oznaczającym liczbę zliczeń /godzinę przy wzroście mocy dawki od promieniowania gamma o 0,11 µsi/h (wartość wynikająca z rocznej dawki dopuszczalnej 1mSi/rok). Liczba zliczeń 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 Suma zliczeń z 7 dni 0 2000 4000 6000 8000 10000 Energia, kev
Widmo energetyczne promieniowania 10 7 10 6 Fotowierzchołki reprezentujące monoenergetyczne kwanty γ emitowane w wyniku rozpadów jąder atomowych wyróżniają się tutaj słabo (w obszarze energii do ok. 3 MeV) na tle dominującego widma ciągłego. Ciągłe widmo jest wynikiem rejestracji, obecnych w powietrzu kwantów γ zarówno pochodzenia jądrowego, jak i kosmicznego oraz cząstek wtórnego promieniowania kosmicznego. Liczba zliczeń 10 5 10 4 10 3 10 2 0 1000 2000 3000 4000 5000 Energia, kev
Radionuklidy pochodzące ce ze skorupy ziemskiej Fotowierzchołki odpowiadają głównie kwantom γ izotopów promieniotwórczych znajdujących się w warunkach naturalnych w glebie i w aerozolach w powietrzu. Typowe aktywności najczęściej spotykanych radionuklidów w glebach Polski: U-238 średnio 26 Bq/kg, Th-228 średnio 21 Bq/kg, Liczba zliczeń 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 511 kev (anihilacja) 609 kev (Bi-214) K-40 średnio 413 Bq/kg. 0 1000 2000 3000 4000 5000 Energia, kev 911, 962 kev (Ac-228) 1120 kev (Bi-214) 1461 kev (K-40) 1764 kev (Bi-214) 2104 kev (Tl-208) 2204 kev (Bi-214) 2615 kev (Tl-208)
Radionuklidy szeregów promieniotwórczych rczych 10 7 Szeregi promieniotwórcze: Liczba zliczeń 10 6 10 5 10 4 609 kev (Bi-214) 911, 962 kev (Ac-228) 1120 kev (Bi-214) 1461 kev (K-40) 1764 kev (Bi-214) 2104 kev (Tl-208) 2204 kev (Bi-214) 2615 kev (Tl-208) torowy 10 3 10 2 0 1000 2000 3000 4000 5000 Energia, kev Promieniowanie pochodzące z rozpadu K-40 obserwowane jest bezpośrednio, podczas gdy w przypadku U-238 i Th-228 rejestrowane są kwanty γ emitowane przez niektóre produkty rozpadu tych radionuklidów. uranowo - radowy cząstki beta
Radionuklidy pochodzące ce ze skorupy ziemskiej Zmiany natężenia promieniowania poszczególnych radionuklidów określane są na podstawie liczby zliczeń ich najlepiej wyróżniających się fotowierzchołków: K-40, Bi-214 (szereg uranowo - radowy), Tl-208 (szereg torowy) Jedynie w przypadku Bi-214 obserwowane są zmiany wykraczające poza rozrzut statystyczny wyników. Liczba zliczeń 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 511 kev (anihilacja) 609 kev (Bi-214) 911, 962 kev (Ac-228) 1120 kev (Bi-214) 1461 kev (K-40) 1764 kev (Bi-214) 2104 kev (Tl-208) 2204 kev (Bi-214) 2615 kev (Tl-208) Suma zliczeń z 7 dni 0 2000 4000 6000 8000 10000 Energia, kev
Radionuklidy pochodzące ce ze skorupy ziemskiej Bi-214 detektor Mimo, że U-238 i Th-232 występują w postaci ciał stałych, do ich szeregów promieniotwórczych należy gaz szlachetny radon. Niezwiązane atomy radonu mogą dyfundować przez szczeliny skorupy ziemskiej do atmosfery. Rn-222 ma znacznie większy półokres rozpadu niż Rn-220, co zwiększa prawdopodobieństwo jego wydostania się do atmosfery przed przemianą w będący ciałem stałym polon, a następnie odpowiednio w monitorowany Bi-214 lub Tl-208. U-238 Rn-222 T ½ = 3,8 d K-40 Tl-208 Rn-220 T ½ = 55,6 s Th-232 Średnie dobowe
Radionuklidy pochodzące ce ze skorupy ziemskiej Można zauważyć związek wahań natężenia promieniowania Bi-214 ze stanem atmosfery. Najwyraźniej rysuje się zależność między liczbą zliczeń w fotowierzchołku Bi-214 a opadami. Charakterystyczny jest wzrost natężenia promieniowania na początku deszczu niosącego ze sobą aerozole oraz radon z kilkukilometrowej warstwy atmosfery i jego późniejszy spadek, gdy stężenie aerozoli maleje, a radon pozostaje w przygruntowej warstwie powietrza. Deszcz, mm 0.8 0.6 0.4 0.2 0 21/1/08 28/1/08 4/2/08 11/2/08 18/2/08 Data http://www.accuweather.com Średnie dobowe 100 80 60 40 20 0 Śnieg, mm
Promieniowanie kosmiczne Liczba zliczeń 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 Suma zliczeń z 7 dni 10 2 0 2000 4000 6000 8000 10000 Energia, kev http://www.physicsmasterclasses.org Średnie dobowe Monitorowane są również cząstki, które przekazują do detektora energię większą niż 4 MeV. Mogą one pochodzić tylko z promieniowania kosmicznego (e, µ, γ itp.)
Promieniowanie kosmiczne Ciśnienie atmosferyczne http://www.wunderground.com Wyraźnie widoczny jest związek zmian liczby rejestrowanych cząstek ze zmianami ciśnienia atmosferycznego. Natężenie promieniowania kosmicznego jest odwrotnie proporcjonalne do ciśnienia powietrza. Rejestrowane zmiany wynoszą ok. 0,3% / 1 hpa Względne zmiany natężenia promieniowania kosmicznego Średnie dobowe
Skażenia promieniotwórcze rcze 10 7 10 6 Liczba zliczeń 10 5 10 4 10 3 365 kev (I-131) 662 kev (Cs-137) Obecność skażeń promieniotwórczych w powietrzu oceniana jest na podstawie radionuklidów I-131 i Cs-137 charakterystycznych dla rozszczepienia stosowanego w reaktorach jądrowych U-235. 10 2 0 1000 2000 3000 4000 5000 Energia, kev