Jak zmierzyć radon?
Radon jest bezbarwny, nie ma zapachu, nie da się go zarejestrować żadnym z naszych zmysłów. Aby stwierdzić obecność radonu i ocenić jego ilość, używa się specjalnie do tego celu skonstruowanych przyrządów i detektorów. Co ważne, nie każdy miernik promieniowania może być używany do pomiaru stężenia radonu, a to z uwagi na rodzaj promieniowania (cząstki alfa).
Występowanie radonu na danym obszarze zależy od bardzo wielu czynników. Stężenie radonu może być różne, nawet w dwóch budynkach stojących obok siebie. Ponieważ radon jest głównym czynnikiem narażenia pochodzącym od naturalnego promieniowania jonizującego należy zadbać o odpowiednie jego stężenie w miejscach pracy i miejscach zamieszkania, czyli w miejscach, w których przebywają ludzie. W tym celu należy wykonywać pomiary zawartości radonu w budynkach i innych miejscach przebywania ludzi, ponieważ radon bardzo chętnie kumuluje się w pomieszczeniach zamkniętych.
Do pomiaru radonu stosuje się odpowiednie detektory, które są w stanie rejestrować promieniowanie alfa. Najczęściej mierzy się stężenie aktywności radonu w jakimś komponencie środowiska (powietrzu, wodzie, powietrzu glebowym), dzięki czemu można sprawdzić:
- zmienność stężenia radonu w czasie – w tym celu stosuje się elektroniczne monitory radonu, które pozwalają na ciągłą rejestrację stężenia radonu w czasie pomiaru. Mierniki wymagają zasilania i są bardzo specjalistycznym i drogim sprzętem pomiarowym.
- detektory śladowe i węglowe, które uśredniają stężenie radonu w czasie pomiaru, są małe, tanie i nie wymagają zasilania.
Monitory radonowe
Przykładem monitora radonowego jest przenośny przyrząd AlfaGuard, który działa na zasadzie komory jonizacyjnej. Radon przedostaje się przez filtry do komory wypełnionej powietrzem, w którym promieniowanie alfa emitowane z radonu i jego pochodnych powoduje jonizację cząsteczek powietrza, wytwarzając jony. Dają one sygnał prądowy, którego natężenie jest proporcjonalne do liczby cząstek alfa, a tym samym do stężenia radonu.
Detektory z węglem aktywowanym
Detektory z węglem aktywowanym wykorzystują właściwości absorpcyjne węgla. Radon jest absorbowany przez 2 do 4 dni – tyle na ogół wynosi czas pomiaru, po czym poddawany jest odpowiedniej analizie, korzystając z jednej z dwóch możliwych metod. Pierwsza polega na spektrometrycznym pomiarze promieniowania gamma emitowanego przez pochodne radonu, a po jej wykonaniu detektor może być wykorzystany ponownie. Wymaga jedynie oczyszczenia z radonu przez kilkugodzinne wygrzewanie w temperaturze 200°C. Druga metoda polega na wykorzystaniu promieniowania alfa i beta pochodzących od radonu i produktów jego rozpadu. Detektor zalewa się ciekłym scyntylatorem, w którym emitowane cząstki alfa i beta powodują powstawanie błysków świetlnych – scyntylacji, w liczbie proporcjonalnej do liczby rozpadów, a tym samym do stężenia radonu. Detektory są następnie umieszczane w specjalnym urządzeniu, w którym rejestrowane i zliczane są błyski światła. Analiza laboratoryjna trwa kilka do kilkunastu godzin, co powoduje, że zmierzone stężenie pochodzi jedynie od radonu-222, gdyż po takim czasie radon-220 (toron) ulega rozpadowi. Po zalaniu ciekłym scyntylatorem detektory nie nadają się do ponownego użytku, gdyż nie ma możliwości wyczyszczenia ich z resztek scyntylatora. Wadą detektorów jest duży wpływ wilgoci i temperatury na ich własności absorpcyjne. Po części niweluje się je skracając czas pomiaru.
Detektory śladowe
Detektory śladowe z folią CR-39 (Rys. A) są wykorzystywane do bardzo długich pomiarów trwających nawet do roku, dając uśrednienie stężenia oraz biorąc pod uwagę zmienność dobową oraz sezonową. Detektor ma formę małego plastikowego pojemnika (komora dyfuzyjna – Rys. B), do którego przez filtr przenika radon, i na którego dnie umieszczona jest folia CR-39. Silnie jonizujące cząstki przechodząc przez folię powodują zerwanie jej wiązań chemicznych wzdłuż toru cząstki, prowadząc do zmian struktury, które stają się widoczne po późniejszym procesie wytrawiania chemicznego.
Detektory śladowe z folią CR-39 (Rys. A) są wykorzystywane do bardzo długich pomiarów trwających nawet do roku, dając uśrednienie stężenia oraz biorąc pod uwagę zmienność dobową oraz sezonową. Detektor ma formę małego plastikowego pojemnika (komora dyfuzyjna – Rys. B), do którego przez filtr przenika radon, i na którego dnie umieszczona jest folia CR-39. Silnie jonizujące cząstki przechodząc przez folię powodują zerwanie jej wiązań chemicznych wzdłuż toru cząstki prowadząc do zmian struktury, które stają się widoczne po późniejszym procesie wytrawiania chemicznego.
Wytrawianie płytek CR-39 polega na poddaniu ich działaniu stężonej (40%) zasadzie sodowej w temperaturze 70-80°C (Rys. C), a uwidocznione ślady działania cząstek alfa, pochodzących od radonu i jego pochodnych, przyjmują postać kółek (gdy cząstki padają prostopadle do płytki) i elips (gdy padają pod pewnym kątem), wyraźnie widocznych pod mikroskopem (Rys. D, Rys. E).
Takie ślady powodują również inne cząstki, jak np. protony, ale znacząco różnią się one między sobą średnicą, dlatego łatwo je odróżnić. Liczba śladów jest proporcjonalna do stężenia radonu, a dokładny odczyt jego wartości wymaga wcześniejszej kalibracji, czyli przypisania konkretnego stężenia określonej liczbie kropek/otworów, mówiąc bardziej precyzyjnie – gęstości śladów na szkiełku, co odbywa się w kontrolowanych warunkach ekspozycji detektorów na dokładnie ustalone wartości stężenia radonu. Następnie folie są analizowane pod mikroskopem, a ślady automatycznie analizowane i zliczane. W przypadku braku automatycznego systemu zliczającego, analiza może odbyć się w programie komputerowym do obróbki obrazów, którego przykładem jest ImageJ (Rys. F).
Folie CR-39 nie są czułe na promieniowanie beta i gamma oraz na warunki środowiskowe, jak np. wilgotność. Detektory śladowe z folią CR-39 są bardzo dobrym narzędziem do oceny narażenia człowieka na radon i dają tym dokładniejszy wynik, im dłuższy jest pomiar.
Zapamiętaj!
Stężenie radonu mierzymy pośrednio, oceniając zjawiska pochodzące od promieniowania emitowanego przez ten gaz szlachetny.