ОГУ “ОБЛКОМПРИРОДА”

Отдел радиационной безопасности и контроля

Лабораторная работа № 5

ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОСТИ РАДИОАКТИВНЫХ ГАЗОВ И АЭРОЗОЛЕЙ

(На примере измерения плотности потока радона

с поверхности земли)

Методические указания к выполнению лабораторной работы

Томск -2012

1. Цели и задачи работы

При выполнении данной лабораторной работы преследуются следующие цели:

- ознакомление с источниками образования радона и ролью радона

в облучении человека;

• ознакомление с работой радонометра;

• овладение методикой измерения объемной активности радона.

Основной задачей работы является измерение плотности потока с поверхности земли, для чего необходимо произвести отбор почвенного воздуха за определенный промежуток времени и измерение содержащего в нем объемной активности радона. Это позволяет на данном примере ознакомится с одним из методов радиационного контроля окружающей среды, который применяется при экологическом контроле, а так же при контроле радиоактивных газов в атомной промышленности и других областях науки и техники.

2. Теоретические сведения

Радон – самый тяжелый из благородных газов, которые еще называют инертными газами. Он не имеет ни запаха, ни вкуса, прозрачен и бесцветен. Его плотность при 0°С равна 9,81 кг/м³, т. е. почти в 8 раз больше плотности воздуха. Если радон сконцентрировать и заморозить, то при температуре, равной минус 62 С, он превращается в бесцветную жидкость, которая в семь раз тяжелее воды и за счет радиоактивности флюоресцирует ярким голубым или фиолетовым цветом. Около минус 71 С° радон становится твердым и непрозрачным веществом, излучающим голубое сияние. Радон Rn²²²- радиоактивный газ и является дочерним радионуклидом в естественноземном радиоактивном семействе U²³⁸ , следующим за Ra²²⁶ (Рис.1).

Период полураспада Rn²²² - 3.62 суток. В последующей цепи распада радона образуются твердые радиоактивные вещества:

Ra²²⁶  Rn²²², Po²¹⁸,Pb²¹⁴, Bi²¹⁴, Po²¹⁴, Pb²¹⁰, Bi²¹⁰, Po²¹⁰, Pb²⁰⁶(стабильный).

Радон и его дочерние радионуклиды распадаются по альфа или бета-типу. При этом излучается целый спектр альфа,бета и гамма-частиц, представляющих собой ионизирующее излучение. Радон постоянно поступает в атмосферу из земли, материалов земного происхождения, извлеченных из земли и изготовленных на их основе. Это песок, глина, щебень, полезные ископаемые, кирпич, бетон и т.п. В зависимости от количества радия Ra²²⁶ в земле и в этих материалах, их физических свойств и состояния (пористость, трещиноватость, влажность и др.) поступление радона в атмосферу варьируется в широких пределах.

Чем опасен радон?

Оказывается, он формирует 70% дозы внутреннего облучения человека. При вдыхании радон со своими дочерними продуктами поражает альфа, бета, гамма-излучением ткани легкого. Часть этих продуктов разносится также кровотоком и воздействуют на другие органы человека. Поэтому поступление радона в зону обитания человека должно нормироваться. Обычно в наружном воздухе объемная активность радона, поступающая из земли, составляет в среднем 10÷20 Бк/ м.куб. В жилые и общественные здания он поступает с поверхности грунта подвального помещения и за счет объемной замкнутости, плохой вентиляции помещений имеет свойство накапливаться и распространяется выше по этажам. При большой плотности потока радона с поверхности земли помещение может оказаться опасным для проживания. В настоящее время считается, что, если плотность потока радона с поверхности земли не превышает 80 миллиБк/(кв. м·с), то на этом месте можно строить здания без противорадоновой защиты. При превышении этого значения требуется противорадоновая защита – изоляция поступления радона в подвальное помещение, сооружение вентиляционных каналов, принудительная вентиляция.

Таблица 1. Классы противорадоновой защиты.

Средняя по площади здания плотность потока радона на поверхности грунта, мБк/(кв.м·с)	Класс требуемой противорадоновой защиты (характеристика противорадоновой защиты)
Менее 80	I. Противорадоновая защита обеспечивается за счет нормативной естественной вентиляции помещений
От 80 до 200	II. Умеренная противорадоновая защита
Более 200	III. Усиленная противорадоновая защита

Согласно строительным нормам и правилам СП 11-102-97 «Инженерно-экологические изыскания для строительства» перед отведением площадки под строительство жилых и общественных зданий проводят ее радиационное обследование, одним из этапов которого является измерение плотности потока радона с поверхности грунта. Методика заключается в отборе почвенного воздуха в точках, равномерно распределенных по поверхности строительной площадки, измерении объемной активности радона в нём радонометром и вычисление плотности потока радона. В состав оборудования для реализации этого метода входят: воздухоотборная камера ВК, пробоотборное устройство ПОУ, пробоотборная емкость ПО, радонометр РРА и воздушные шланги.

Вариант набора этих устройств показан на Рис. 2.

Блок-схема радонометра РРА (RRA-01M) представлена на Рис.3. Принцип его работы основан на электрическом осаждении дочернего радионуклида радона - полония Po²¹⁸ на поверхность полупроводникового поверхностно-барьерного детектора и измерении потока альфа излучения Po²¹⁸ при распаде. При распаде радона в объеме измерительной камеры радонометра атомы Po²¹⁸ отрицательно заряженные, и если на поверхности детектора создать положительный электрический потенциал, то атомы будут осаждаться на детекторе и потерь альфа-частиц из-за малой их проникающей способности не будет. Период полураспада Po²¹⁸ составляет 3.11 мин, энергия альфа-частиц 6.0 Мэв.

Алгоритм работы радонометра следующий:

С помощью воздуходувки исследуемый воздух заполняет через фильтр измерительную камеру. Фильтр пропускает только воздух с радоном, отсеивая твердые фракции, содержащие также дочерние продукты распада радона, которые могут внести существенные погрешности в измерения. С преобразователя напряжения подается высокое напряжение на детектор и собирающее напряжение на его поверхность. Атомы Po²¹⁸ осаждаются на детектор, альфа-излучение при распаде регистрируется детектором. Электрические импульсы с детектора усиливаются импульсным усилителем и анализируются амплитудным анализатором импульсов, который реагирует только на импульсы с амплитудой, соответствующей энергии альфа-частиц Po²¹⁸ при распаде. Импульсы, прошедшие указанный отбор, регистрируются счетчиком импульсов. Через заданное оператором время счет импульсов

заканчивается, с детектора снимается высокое напряжение, и микропроцессор проводит вычисления по результатам измерений. На экране дисплея высвечивается

значение объемной активности радона.

Плотность потока радона с поверхности грунта ППР далее вычисляют по формуле:

V_изм V_изм V_по+ V_вк

ППР = [(Q_изм • ( 1 + ------- ) – Q_ф• ------ )] • exp[ •(t2-t1)] • ---------- , (1)

V_по V_по T*S_вк

Здесь V_изм - объем измерительной камеры радонометра РРА, л;

V_по - объем пробоотборной емкости ПО, л;

V_вк - объем воздухоотборной камеры ВК, л;

• - постоянная распада радона, мин^-1;

Q_изм - объемная активность, измеренная радонометром, Бк•м ^-3;

Q_ф - объемная фоновая активность наружного воздуха, Бк•м ^-3;

t2-t1 - время, прошедшее от окончания отбора пробы до начала измере-

ний, мин;

T - время работы воздуходувки ПОУ при взятии пробы почвенного воз-

духа, с;

S_вк - площадь сбора радона камерой ВК, м².

При определении класса требуемой противорадоновой защиты пользуются соотношением :

ППРкласс = ППР + _ППР , (2)

где _ППР - абсолютная погрешность значения ППР, ( определяется погрешностью измерения объемной активности радона Q_изм).