A RADON- ÉS TORONELOSZLÁS VIZSGÁLATA A ZSÁMBÉKI...
Transcript of A RADON- ÉS TORONELOSZLÁS VIZSGÁLATA A ZSÁMBÉKI...
-
EÖTVÖS LORÁND TUDOMÁNYEGYETEM
TERMÉSZETTUDOMÁNYI KAR
A RADON- ÉS TORONELOSZLÁS VIZSGÁLATA A
ZSÁMBÉKI-MEDENCE ÉSZAKKELETI RÉSZÉN
DIPLOMADOLGOZAT
Készítette:
SZABÓ ZSUZSANNA
KÖRNYEZETTUDOMÁNY SZAKOS HALLGATÓ
Témavezető:
SZABÓ CSABA, PH.D.
EGYETEMI DOCENS,
ELTE TTK, KŐZETTANI ÉS GEOKÉMIAI TANSZÉK, LITOSZFÉRA
FLUIDUM KUTATÓ LABORATÓRIUM
DR. HORVÁTH ÁKOS
EGYETEMI DOCENS,
ELTE TTK, ATOMFIZIKAI TANSZÉK
*UN
IV.B
UD
AP
ESTIN
ENSIS DE EÖTVÖ
SN
OM
.*
FACULTAS SCI. NAT
.
ANNO 1998
ELTE
LRG
Budapest
2009.
-
TARTALOMJEGYZÉK
1. BEVEZETÉS ........................................................................................................................ 6
2. A RADON ÉS A TORON .................................................................................................... 7
2.1. Kémiai és fizikai tulajdonságok ........................................................................... 7
2.2. A radon és a toron eredete, az urán, a tórium és a rádium geokémiája ............... 8
2.3. Egészségügyi vonatkozások .............................................................................. 10
3. A ZSÁMBÉKI-MEDENCE FÖLDTANA ÉS FÖLDRAJZA ........................................ 11
4. HELYSZÍNI MÉRÉSI PONTOK KIVÁLASZTÁSA ÉS MINTAVÉTEL .................. 13
4.1. A mérési és mintavételi helyszínek kiválasztása ............................................... 13
4.2. A helyszínek leírása ........................................................................................... 15
4.3. A mintagyűjtés menete, a mélyített fúrások és a begyűjtött minták leírása ...... 16
5. ALKALMAZOTT MÉRÉSI ÉS KIÉRTÉKELÉSI MÓDSZEREK ............................. 19
5.1. Fajlagos izotópaktivitás meghatározása gamma-spektroszkópia módszerével . 19
5.2. Radon- és toron-mérések ................................................................................... 22
5.2.1. A használt műszer, a RAD7 radon detektor működése ............................... 22
5.2.2. Talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének módszere ........ 25
5.2.3. Fajlagos radon- és toronexhaláció meghatározásának módszere ................ 26
5.3. Fizikai talajféleség-kategóriákba sorolás módszere .......................................... 29
5.4. Izovonalas eloszlástérképek szerkesztésének módszere .................................... 31
6. MÉRÉSI EREDMÉNYEK ................................................................................................ 32
6.1. Fajlagos 226Ra (238U-sor), 228Ac (232Th-sor) és 40K aktivitás értékek ................ 32
6.2. Radon- és toron-mérések ................................................................................... 35
6.2.1. Talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének eredményei .... 35
6.2.2. Fajlagos radon- és toronexhaláció mérésének eredményei ......................... 36
6.3. Fizikai talajféleség-kategóriákba sorolás eredménye ........................................ 38
7. SZÁRMAZTATOTT EREDMÉNYEK, ELOSZLÁSTÉRKÉPEK ÉS
ÉRTELMEZÉSÜK ................................................................................................................ 40
8. KÖVETKEZTETÉSEK .................................................................................................... 52
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS ............................................................................................... 53
IRODALOMJEGYZÉK ........................................................................................................ 53
MELLÉKLET ........................................................................................................................ 56
-
3
ÁBRA- ÉS TÁBLÁZATJEGYZÉK
1. ábra: Az 238U és a 232Th bomlási sora (Mook, 2001) ................................................. 8
2. ábra: A Zsámbéki-medence elhelyezkedése ............................................................ 11
3. ábra: A vizsgált terület és környezetének (Dunától nyugatra) tájékoztató jellegű,
felszíni egyszerűsített litológiai térképe (Kuti et al., 2006), a nyíl az északi irányt jelöli ....... 12
4. ábra: A terület és környezetének (Budapesttől nyugatra) tájékoztató jellegű,
talajtani térképe (TalajvédelmiAlapítvány, http://www.uni-
miskolc.hu/~ecodobos/ktmcd1/terkep.htm), a nyíl az északi irányt jelöli ............................... 12
5. ábra: A mintagyűjtési pontok térbeli elhelyezkedése a vett minták darabszámának
jelölésével (az ábrán körülbelül 10*5 km-es terület látható) (Google Earth), a nyíl az északi
irányt jelöli ............................................................................................................................... 15
6. ábra: A Zsámbéki-mendece északkeleti részén mélyített talajfúrások és mintavételi
rétegek/egységek ábrázolása a rétegek színét megközelítő színezéssel a talajfelszíntől
számított mélység jelölésével ................................................................................................... 17
7. ábra. A toron bomlása, a RAD7 műszerben az alfa-részecskéket detektáló energia-
ablakok jelének (A, B, D) feltüntetésével ................................................................................ 23
8. ábra: A mérési elrendezés a talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentrációjának
mérése során (talajgáz szonda, páralekötő, szűrő, RAD7 radon detektor) .............................. 25
9. ábra: A mérési elrendezés a radon- és toronexhaláció meghatározása során végzett
koncentráció mérés alatt (radonkamra, páralekötő, szűrő, RAD7 radon detektor) .................. 27
10. ábra: Az 238U koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben ........................... 34
11. ábra: A 232Th-koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben ........................... 34
12. ábra: A K-koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben ................................ 35
13. ábra: A radonexhaláció értékek változása a vizsgált talajrétegekben .................... 38
14. ábra: A toronexhaláció értékek változása a vizsgált talajrétegekben .................... 38
15. ábra: Az 228Ac fajlagos aktivitása az 226Ra fajlagos aktivitásának függvényében
trendegyenes illesztésével, a szórás feltüntetésével [a kéktől eltérő színű jelek a következő
mintákat jelentik: zöld - VM-3, rózsaszín - VM-2, lila - VM-1 (nem látszik a többi ponttól) és
narancssárga - TJ-4 minta] ....................................................................................................... 40
16. ábra: A fajlagos toronexhaláció a fajlagos radonexhaláció függvényében
trendegyenes illesztésével, a szórás feltüntetésével (a kéktől eltérő színű jelek az alábbi
-
4
mintákat jelentik: zöld - VM-3, rózsaszín - VM-2, lila - VM-1 és narancssárga - TJ-4 minta)
.................................................................................................................................................. 41
17. ábra: A fajlagos radonexhaláció a fajlagos 226Ra aktivitás függvényében
trendegyenes illesztésével ........................................................................................................ 42
18. ábra: A fajlagos toronexhaláció a fajlagos 228Ac aktivitás függvényében
trendegyenes illesztésével ........................................................................................................ 42
19. ábra: A radonexhalációs együttható értékek a vizsgált talajrétegekben ................ 44
20. ábra: A toronexhalációs együttható értékek a vizsgált talajrétegekben ................. 44
21. ábra: A toronexhalációs együttható a radonexhalációs együttható függvényében, a
két érték egyenlőségét jelölő piros egyenessel, a fizikai talajféleség-kategóriák jelölésével
(fehér - vályog, citromsárga - agyagos vályog, narancssárgától feketéig - egyre nehezebb
agyag; kék - nincs adat) ............................................................................................................ 45
22. ábra: A toronexhalációs együttható a radonexhalációs együttható függvényében
Greeman & Rose (1996) adatai alapján, a két érték egyenlőségét jelölő piros egyenessel, a
kiemelkedő agyagtartalmú minták jelölésével (fekete: 70-80% agyagtartalom, barna: 50-60%
agyagtartalom, kék:
-
5
1. táblázat: A radon és a toron tulajdonságai..................................................................7
2. táblázat: A mérési/mintavételi pontok helye/neve, a közelben megtalálható alappont
száma, a koordináták (földrajzi és EOV) és a fúrásból begyűjtött minták betűjele, illetve
száma ........................................................................................................................................ 14
3. táblázat: A talajminták jele, származási mélységköze és a helyszínen megállapított
fizikai és anyagtani jellemzőik ................................................................................................. 18
4. táblázat: A RAD7 ablakainak csatornatartománya, energiatartománya, a bennük
detektált izotópok, az izotópok által kibocsátott alfa-részecskék energiája és az izotópok
anyaelemei (radon vagy toron) ................................................................................................. 22
5. táblázat: Az egyes Arany-féle kötöttségi szám tartományok a hozzájuk tartozó
fizikai talajféleség-kategóriákkal (Filep, 1999) ....................................................................... 30
6. táblázat: Az egyes minták fajlagos izotópaktivitás és koncentráció értékei az
egyszeres szórás feltüntetésével ............................................................................................... 33
7. táblázat: A talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének eredményei az
egyszeres szórás feltüntetésével ............................................................................................... 36
8. táblázat: Az egyes minták fajlagos radon- és toronexhaláció értékei az egyszeres
szórás feltüntetésével ................................................................................................................ 37
9. táblázat: A kiválasztott talajminták Arany-féle kötöttségi száma (Stefanovits et al.,
1999) és az ez alapján meghatározott fizikai talajféleség-kategória ........................................ 39
10. táblázat: Az egyes minták radon- és toronexhalációs együtthatói az egyszeres
szórás feltüntetésével ................................................................................................................ 43
-
6
1. BEVEZETÉS
Az Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Karán, a Kőzettani és
Geokémiai Tanszéken működő Litoszféra Fluidum Kutató Laboratórium és az Atomfizikai
Tanszék – egy hosszú távú program keretében – Magyarország radon térképének
megszerkesztésébe kezdett, amely nemzetközi elvárásoknak és előírásoknak is megfelel.
Jelenleg ilyen radon térkép nem áll rendelkezésre, így az európai radon atlaszon
Magyarország fehér foltként szerepel. A térkép elkészülését a radon, mint potenciális tüdőrák
kockázati tényező indokolja (Bochicchio, 2008) valamint az, hogy nem számíthatunk hatósági
szabályozásra – a megengedhető beltéri radonaktivitás-koncentrációt illetően – a valós
kockázatok ismerete nélkül. A célkitűzés első lépése Pest megye radon térképének
elkészítése, amihez diplomamunkámmal járulok hozzá.
Munkám során elsősorban adatokat gyűjtöttem a készülő térképhez egy kisebb
területről, a Budapesttől nyugatra elhelyezkedő Zsámbéki-medenceből. A Zsámbéki-
medencét keletről a Budai-hegység határolja, ennek legmagasabba tagja a Nagy-Kopasz hegy,
amelyen egy 232Th-től származó radioaktív-anomália vált ismertté (Tyhomirov, 1965; Wéber,
1989). A 232Th bomlási sorában lévő radon izotóp, a toron nem jelent akkora veszélyforrást,
mint a hosszabb felezési idejű, az 238U bomlási sorában található radon, ezért általában nem
vizsgálják ennek az eloszlását. Jelen dolgozatban bemutatott munka célja többek között az,
hogy megvizsgálja a nagy-kopasz hegyi 232Th-anomália esetleges, erózió miatti hatását a
területre (így nem csak a radonról, hanem a toronról is gyűjtöttem adatokat). Ez alapján is
választottam ki a Zsámbéki-medence északkeleti részét a vizsgálatokra.
Az adatok alapján megszerkesztettem a radon eloszlástérképét kétféle módszerrel,
amely módszerek, illetve az általuk adott eredmények összehasonlítása szintén célom volt.
Az egyik lehetőség, hogy a talajgáz radonaktivitás-koncentrációját mérem több ponton.
Ennek a módszernek a széleskörű alkalmazása Európa országaiban (például Kemski et al.,
2001) teszi indokolttá használatát. A másik módszer során fúróval vett talajminták fajlagos
radonexhalációját határoztam meg és minden pontra ezekből az adatokból számoltam egy
értéket, amely sok tényezőtől függően összefüggésben van a talajgáz radonaktivitás-
koncentrációjával. A két módszer összevetésére azért van szükség, mert a tervben lévő
radontérkép elkészítése érdekében tett első lépések (Szabó, 2009) az utóbbi, nemzetközi
gyakorlatban nem használt, de általunk könnyebben elérhető módszer alkalmazásával
történtek.
-
7
A vizsgált talajminták laboratóriumban meghatározott fajlagos 238U- és 232Th-akivitása
és fajlagos radon- és toronexhalációja alapján lehetővé válik a két izotóp exhalációs
együtthatóinak az összehasonlítása, amelynek a fizikai talajféleség-kategóriákkal összefüggő
szemcsemérettel történő egybevetése is célom. (Ezzel a radon- és toronexhaláció
folyamatával kapcsolatban vonhatók le következtetések.) Az 238U- és 232Th-akivitás mellett
meghatároztam a 40K fajlagos aktivitását is.
2. A RADON ÉS A TORON
2.1. Kémiai és fizikai tulajdonságok
A radon elem (jele: Rn) a periódusos rendszer VIII. főcsoportjába (nemesgázok) és a 6.
periódusba tartozik, rendszáma 86. Színtelen, szagtalan és radioaktív nemesgáz. Az egyik
legnehezebb gáz, így a levegőnél is sokkal nehezebb. Mindhárom földkérgi eredetű
radioaktív bomlási sorban (238U-, 235U-, 232Th-sor) megtalálható. Dolgozatomban két
izotópjával foglalkozom: a 222-es (238U-sor) és a 220-as (232Th-sor) izotópokkal. A radon
222-es tömegszámú izotópja a későbbiekben radonként, a 220-as tömegszámút pedig
toronként szerepel.
A radon (222Rn) közvetlen anyaeleme a 226Ra, felezési ideje 3,8235 nap. A toron (220Rn)
közvetlen anyaeleme a 224Ra, felezési ideje 55,6 másodperc. Közvetlen anyaelemeikből alfa-
sugárzással keletkeznek és maguk is alfa-sugárzás kibocsátásával alakulnak át először 218Po,
illetve 216Po izotópokká, amelyek tovább bomlanak. Az 1. táblázatban vannak összefoglalva
a két izotóp egyes tulajdonságai, az 1. és 2. ábrákon pedig az 238U és 232Th bomlási sorai,
illetve a radon és a toron itt elfoglalt helye látható.
1. táblázat: A radon és a toron tulajdonságai
Izotóp neve Jele Bomlási sora Anyaeleme Leányeleme Felezési ideje radon 222Rn 238U 226Ra 218Po 3,8235 nap toron 220Rn 232Th 224Ra 216Po 55,6 másodperc
http://hu.wikipedia.org/wiki/Nemesg%C3%A1z
-
1. ábra: Az 238U és a 232Th bomlási sora (Mook, 2001)
2.2. A radon és a toron eredete, az urán, a tórium és a rádium geokémiája
Természetes környezetünkben a radon és a toron forrása a talajban, a talajszemcsékben
megtalálható urán, tórium, illetve rádium tartalmú ásványok. Ezek képződése geokémiai
folyamatok eredménye. Alább a három elem geokémiai tulajdonságait foglalom össze Burján
(2002) és Douglas (1988) nyomán.
Az urán a természetben három féle oxidációs állapotban fordul elő. Oxidatív
környezetben U6+, reduktív környezetben U4+ (és ritkán U5+) formában van jelen.
Oldhatósága oxidatív körülmények között a legnagyobb (U6+). Ilyenkor uranil-ionként
(UO22+) vagy annak komplexeként jelenik meg a természetes vizekben. Reduktív
körülmények közé kerülve, az oldatban az U6+ átalakul U4+ (és U5+) formába és uraninitként
(UO2) vagy más hasonló összetételű ásványként, például coffinitként [U(SiO4)] ki. Ha az
oxidatív környezet hirtelen reduktívvá válik, az urán nagyobb mennyisége csapódik ki egy
helyen és felhalmozódik, így a radon nagyobb koncentrációjával kell számolni az ilyen
területeken.
A tórium csak egy oxidációs állapotban, Th4+ formában jelenik meg a természetben. A
természetes vizekben oldhatatlan. Kis oldhatóságú foszfát- {például monacit csoportba
tartozó cheralit [(Ce,Ca,Th,U)(P,Si)O4]}, oxid- [például torianit (ThO2)] és
szilikátásványokban {például torit [(Th,U)SiO4]} fordul elő.
A rádium a radon és a toron közvetlen anyaeleme. Az urán és a tórium bomlási sorának
tagja. Egy oxidációs állapota van (Ra2+). Erős komplexeket képez szulfát- és karbonát-
8
-
9
ionokkal, így a természetes vizekben RaSO4 és RaCO3 formában lehet jelen. Alacsony pH
tartományban a RaSO4 Ra2+ formába oldódik, magas pH-n RaCO3 formába alakul.
A rádium bomlása során a keletkező radon atom a kibocsátott alfa-részecske irányával
ellentétes irányba lökődik meg. Ennek a visszalökődésnek a tipikus mértéke szilárd
anyagokban 30-50 nanométer, vízben 95 nanométer és levegőben 64000 nanométer (Semkow,
1990). Ezért teljesen száraz talajokban a levegővel töltött pórusokba lökődő radon atomok
nagy valószínűséggel egy másik szemcsébe kerülnek, ez a folyamat lecsökkenti a radon
atomok kijutásának esélyét a talajszemcsékből. Ezzel ellentétben, a vízzel töltött pórusokba
érkező radon atomok nagyobb valószínűséggel hagyják el a talajt, mert ebben az esetben a
visszalökődési távolság kisebb, mint a pórusok mérete. Így a radon atomok a pórusokban
maradnak (Greeman & Rose, 1996) és exhalálódhatnak, kijuthatnak a mintából. (Itt
különítem el az emanáció és az exhaláció fogalmát. Míg az előbbi a radon atom szemcséből
pórustérbe jutását, addig az utóbbi a mintából történő kijutását jelenti. Az emanáció
mindenképpen növekszik a nedvességtartalom növekedésével, az exhaláció is először
növekszik, majd csökkenni kezd.)
A radon és a toron forrása mesterséges környezetünk is, itt leginkább a nagy urán vagy
tórium tartalmú építőanyagokat kell megemlíteni. Ezeket általában erőművi salakokból
állítják elő, amelyekben feldúsulhatnak a természetes radioaktív elemek (Bányász & Mócsy,
2005). Néhány esetben az építőanyagként felhasznált vályog, agyag, lösz a két izotóp forrása
(vályogházak, barlanglakások, putrik).
Mostanáig nem fordítottak nagy figyelmet a toronra a legtöbb radonnal foglalkozó
kutatásban a rövid, 55,6 másodperces felezési ideje miatt (így rövidebb ideje van
felhalmozódni), de több tanulmány (például Yonehara et al., 2005, Yamada et al., 2005,
Shang et al., 1997) látott már napvilágot, amelyekben a radonaktivitás-koncentráció és
radonexhaláció mellet a toronra vonatkozó értékeket is meghatározták. Ha a talaj vagy
főképpen, ha az építőanyag toronexhalációja nagy, a beltéri levegő toronaktivitás-
koncentrációja nagyobb is lehet, mint a radonaktivitás-koncentráció. Ilyen tulajdonságú japán
és kínai lakóépületeket vizsgált például Yonehara et al. (2005) és Yamada et al. (2005) is.
Ezekben az esetekben a nagy beltéri toronaktivitás-koncentráció (akár több mint 1000Bq/m3)
forrása az építőanyagként felhasznált talaj volt (például barlanglakások), valamint Shang et al.
(1997) is – munkája során – 200Bq/m3 beltéri toronaktivitás-koncentrációt detektált.
-
10
2.3. Egészségügyi vonatkozások
A radon izotópok és leányelemeik egy átlagos ember összes dózisterhelésének 52%-áért
felelősek: a radontól származó éves effektív dózis 1,15mSv (44%), a torontól származó pedig
0,1mSv (8%) (UNSCEAR 2000). Például spanyolországi adatok (Miniterio de Trabajo e
Imigración, http://www.mtas.es.) szerint viszont a radon a teljes dózisterhelés 47%-éárt, a
toron 4%-áért felelős. Mindkét esetben nagynak mondható a két izotóp hozzájárulása. A
radon izotópok által kibocsátott alfa-részecskék nagy ionizációs képességgel rendelkeznek,
viszont hatótávolságuk kicsi, hamar leadják az energiájukat. Az alfa-sugárzó izotópok csak a
szervezetbe jutva jelentenek veszélyforrást. Így a radon, a toron és leányelemeik által kifejtett
dózis főképpen a tüdőre hat és tüdőrákot okozhat (a vizek radontartalma az
emésztőrendszerben fejti ki hatását, de ennek részaránya és hatása is kisebb). Az Európai
Bizottság által támogatott kutatás eredményei alapján (Darby et al., 2005) az otthonokban
található radon felelős évente körülbelül 20000 ember haláláért az Európai Unióban. Ez az
összes tüdőrák okozta haláleset 9%-a, illetve az összes halálos kimenetelű rákbetegség 2%-a.
A belélegzett levegőben lévő radon és toron gáz, valamint például a
porszemcséken/aeroszolokon is megtapadó (Bányász & Mócsy, 2005), szilárd halmazállapotú,
rövid felezési idejű leányelemeik a tüdőbe jutva, nagy ionizáló képességű alfa-sugárzást
bocsátanak ki, amely a sejtek rákos elváltozásait okozhatja. A dohányzás önmagában is nagy
egészségügyi kockázatot hordoz, de a belőle származó füst szilárd részecskéi, tapadási
felületet biztosítva a leányelemeknek, a radon izotópok jelenlétét még inkább nemkívánatossá
teszi. A dohányzás hatásának szemléltetésére – Bochicchio (2008) nyomán – áttekintek két,
elképzelt esetet férfiak vonatkozásában:
1. 0Bq/m3 radonaktivitás-koncentrációjú élettér: itt a naponta több mint 25
cigarettát elszívó férfi tüdőrák kockázata 40-szeresére nő a sohasem dohányzóéhoz képest.
2. 400Bq/m3 radonaktivitás-koncentrációjú élettér (Európai Közösség által
ajánlott érték régi építésű házakra): ez egy sohasem dohányzó férfi esetén 2-szer akkora, míg
egy naponta több mint 25 cigarettát elszívó férfi esetén 65-ször akkora kockázatot hordoz,
mint egy 0Bq/m3-en élő, sohasem dohányzó emberé. Így a dohányzás nélküli 400Bq/m3
radonaktivitás-koncentrációtól származó kockázat 2 egységet, míg a dohányzás melletti
400Bq/m3 radonaktivitás-koncentrációtól származó kockázat 25 egységet jelent.
Fontos megjegyezni, hogy egyes vélemények szerint a folyamatosan, illetve
rendszeresen, kisebb koncentrációban kapott úgynevezett radon-sugárzás akár jó hatással
-
lehet az élő szervezetre az immunrendszer, a DNS hibákat helyreállító folyamatok stimulálása
révén (Köteles, 2005).
3. A ZSÁMBÉKI-MEDENCE FÖLDTANA ÉS FÖLDRAJZA
A Zsámbéki-medence Budapesttől nyugatra, 10-30 kilométerre elhelyezkedő, a Budai-
hegység, a Vértes, a Gerecse, továbbá az Etyeki-dombság által határolt földrajzi kistáj
(ZSÁMERT, http://www.zsamert.hu/). Ez a terület a Békás-patak vízgyűjtőjéhez tartozó
települések területét foglalja magába, így települései Biatorbágy, Budajenő, Herceghalom,
Etyek, Páty, Perbál, Telki, Tinnye, Tök és Zsámbék. Ezek két megye – Fejér és Pest –
közigazgatási területén helyezkednek el (2. ábra).
2. ábra: A Zsámbéki-medence elhelyezkedése
A kistáj területén a felszíni litológiai térkép szerint (3. ábra, Dunától nyugatra) az
agyag, iszap, a vulkanikus eredetű, a homokkő, konglomerátum, az édesvízi mészkő,
mésziszap és a mészkő, dolomit képződmények lelhetők fel. Ezek közül jelentősebb
mértékben elterjedtek az egész területen a vulkanikus eredetű, az északi részen a mészkő,
dolomit és a déli részen az édesvízi mészkő, mésziszap képződmények.
11
http://hu.wikipedia.org/wiki/B%C3%A9k%C3%A1s-patakhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Biatorb%C3%A1gyhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Budajen%C5%91http://hu.wikipedia.org/wiki/Herceghalomhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Etyekhttp://hu.wikipedia.org/wiki/P%C3%A1tyhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Perb%C3%A1lhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Telkihttp://hu.wikipedia.org/wiki/Tinnyehttp://hu.wikipedia.org/wiki/T%C3%B6khttp://hu.wikipedia.org/wiki/Zs%C3%A1mb%C3%A9k
-
3. ábra: A vizsgált terület és környezetének (Dunától nyugatra) tájékoztató jellegű,
felszíni egyszerűsített litológiai térképe (Kuti et al., 2006), a nyíl az északi irányt jelöli
A medence belseje kis vízfolyásokkal tagolt, enyhén hullámzó síkság, amelynek nagy
részét búza-, kukorica- és napraforgótáblák borítják. A vidéken egykor mocsaras, nádasokkal,
bodzásokkal, gyékényesekkel tarkított lapály terült el. A területet lösszel fedett, hullámos
felszín jellemzi, amelynek magasabb részein barnaföldek, majd csernozjom barna erdőtalajok
és csernozjom talajok vannak (Stefanovits, 1999). A 4. ábrán (Budapesttől nyugatra)
megfigyelhető, hogy kőzethatású talajok, barna erdőtalajok és csernozjom talajok jellemzőek
a területre.
4. ábra: A terület és környezetének (Budapesttől nyugatra) tájékoztató jellegű,
talajtani térképe (TalajvédelmiAlapítvány, http://www.uni-
miskolc.hu/~ecodobos/ktmcd1/terkep.htm), a nyíl az északi irányt jelöli
12
http://hu.wikipedia.org/wiki/B%C3%BAzahttp://hu.wikipedia.org/wiki/Kukoricahttp://hu.wikipedia.org/wiki/Napraforg%C3%B3http://hu.wikipedia.org/wiki/Mocs%C3%A1rhttp://hu.wikipedia.org/wiki/N%C3%A1dhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Bodzahttp://hu.wikipedia.org/wiki/Gy%C3%A9k%C3%A9ny
-
13
4. HELYSZÍNI MÉRÉSI PONTOK KIVÁLASZTÁSA ÉS MINTAVÉTEL
4.1. A mérési és mintavételi helyszínek kiválasztása
A vizsgáltra kiválasztott egység Budajenő, Páty, Perbál, Telki, Tök és Zsámbék által
határolt, körülbelül 30 km2-nyi terület, ahogyan azt az 5. ábra mutatja (ez a Zsámbéki-
medence északkeleti része). A mérési, illetve mintavételi pontok helyének kiválasztásakor
szempont volt, hogy lehetőleg bolygatatlan területen, egymástól viszonylag egyenletes
távolságra legyenek, ezért vettük alapul a negyedrendű vízszintes földmérési alappont-
hálózatot és ütöttük le a talajgáz szondát és mélyítettük a talajfúrásokat az alappontok
közelében. A pontok sűrítése a 90-es évek elejére fejeződött be (Szabó, L., pers. com.), tehát
biztosak lehetünk abban, hogy ezután nem bolygatták a talajt a közelükben (azaz
mezőgazdasági műveléstől elzárt területekről van szó). Az alappontok és 50 m2-es
környezetük a Magyar Állam tulajdonában vannak, a Földmérési és Távérzékelési Intézet
(FÖMI) engedélyével (lásd melléklet) végeztük a terepi munkát ezeken a területeken. Néhány
esetben azonban eltértünk ettől: három mintavétel történt lakóépületekhez tarozó füves
területen (Perbál, Tök, Zsámbék nevű pontok, 2. táblázat, 5. ábra) és kettő olyan területen,
amelyről tudtuk, hogy lakóövezetet készülnek létrehozni a jövőben rajtuk (Csillagerdő,
Vízimalom nevű pontok, 2. táblázat, 5. ábra), itt a tulajdonos engedélyével dolgoztunk.
A 2. táblázat összesíti a mérési/mintavételi pontok helyét/nevét, a közelben
megtalálható alappont számát (ha van), a koordinátákat (földrajzi és EOV – Egységes
Országos Vetület) és az ott mélyített fúrásból begyűjtött minták betűjelét, illetve számát.
http://hu.wikipedia.org/wiki/Budajen%C5%91http://hu.wikipedia.org/wiki/P%C3%A1tyhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Perb%C3%A1lhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Telkihttp://hu.wikipedia.org/wiki/T%C3%B6khttp://hu.wikipedia.org/wiki/Zs%C3%A1mb%C3%A9k
-
14
2. táblázat: A mérési/mintavételi pontok helye/neve, a közelben megtalálható alappont
száma, a koordináták (földrajzi és EOV) és a fúrásból begyűjtött minták betűjele, illetve
száma
Fúrás helye/neve Alap-pont Y-fr-i X-fr-i Y-EOV X-EOV Minták jele
Minták száma
Kelet 65-1326 47o32'19,6" 18o50'21,0" 634321 243893 1326 1 Budajenő, Hilltop 65-1059 47o32'52,2" 18o47'49,7" 631160 244909 1059 6 Budajenő, Szőlőhegy 65-1314 47
o33'47,1" 18o48'37,7" 632168 246601 1314 4
Tök Nagy Fúrás 65-1316 47o33'31,5" 18o45'13,6" 627899 246137 1316 3 Telki, Öreghegy Villapark 65-1325 47
o32'16,0" 18o49'17,2" 632984 243786 1325 3
TAKI 65-1330 47o31'40,5" 18o47'26,5" 630668 242697 1330 3 Csillagerdő - 47o32'31,0" 18o42'14,9" 624156 244285 CSIL 2 Perbál - 47o35'09,2" 18o45'12,5" 627888 249146 PLTP 5 Tök - 47o33'37,2" 18o43'57,8" 626315 246318 TJ 4 Vízimalom - 47o31'26,1" 18o44'41,9" 627219 242265 VM 3 Zsámbék - 47o32'34,6" 18o43'00,0" 625103 244390 ZS 2
A koordinátákat GPS-szel mértük. Az értékek hibája a mérőműszer pontatlanságából,
illetve a terepi viszonyokból adódik, ez megközelítőleg 15 méter, így hibahatáron belül
megegyezik a földrajzi és az EOV koordináta. A Google Earth program segítségével készített
5. ábra mutatja be ezeknek a pontoknak a térbeli elhelyezkedését. A buborékokban található
számok a pontokból begyűjtött minták darabszámát jelölik.
-
5. ábra: A mintagyűjtési pontok térbeli elhelyezkedése a vett minták darabszámának
jelölésével (az ábrán körülbelül 10*5 km-es terület látható) (Google Earth), a nyíl az
északi irányt jelöli
4.2. A helyszínek leírása
1. Kelet: A közlekedési út mellett lévő, 1326-os számú alappont mellett
terveztünk fúrást mélyíteni, azonban a szomszédos Nagy-Kopasz hegyről származó törmelék
miatt ez nem sikerült, így ásóval vettünk mintát. Az említett ok miatt talajgáz radon- és
toronaktivitás-koncentráció mérés nem történt ebben a pontban. Itt jegyzem meg, hogy ez a
pont helyezkedik el, az említett Nagy-Kopasz hegyhez legközelebb.
2. Budajenő, Hilltop: A 1059-es számú alappont közelében mélyítettük a fúrást és
végeztük a talajgáz mérést, amely egy épülő lakópark területének szélén található a fasorban.
3. Budajenő, Szőlőhegy: A 1314-es számú alappont közelében végeztük a
mintagyűjtést és a talajgáz mérést, ez a pont is egy épülőben lévő lakópark közelében van.
4. Tök Nagy Fúrás: A 1316-os számú alappont mellet mélyítettük ezt a fúrást és
mértünk, amely egy Tök községhez tartozó szántóföld szélében helyezkedik el.
5. Telki, Öreghegy Villapark: Mint a helyszín neve is jelzi, ez a fúrás és a talajgáz
mérés is egy lakópark közelében történt, a 1325-ös számú alappont mellet, a lakóparkhoz
közeli fasorban.
15
-
16
6. TAKI: A pont neve azt jelzi, hogy a Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet
(TAKI) által is történt mintavétel ennek a pontnak a közelében, éppen ezért választottuk ki mi
is a helyszínt. Ez a mintavételi és talajgáz mérési pont a 1330-as számú alappont mellet
helyezkedik el, közvetlenül a közlekedési út mellett a fasorban.
7. Csillagerdő: Itt egy Zsámbékhoz tartozó lucernaföld melletti füves területen
fúrtunk és mértünk talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentrációt.
8. Perbál: A perbáli lakótelephez tartozó füves területen mélyítettük a fúrást és
mértünk.
9. Tök: Ez egy Tök községi családi ház füves udvara, itt történt a mintavétel és a
talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérés.
10. Vízimalom: A Zsámbék területén lévő régi vízimalomhoz közeli, a Békás-
patak közelében lévő füves területen végeztük a munkát (fúrás és talajgáz mérést).
11. Zsámbék: Egy zsámbéki kertes ház udvarában, a ház mellet mélyült a fúrás és
történt a helyszíni talajgáz mérés.
4.3. A mintagyűjtés menete, a mélyített fúrások és a begyűjtött minták leírása
A mintagyűjtés kézi fúróval történt, amellyel maximálisan 4,5 méter mélységig lehet
lefúrni. Ennek segítségével mélyítettük a 10 fúrást a Zsámbéki-medence északkeleti részén.
Ezen kívül egy helyen ásóval vettünk mintát (Kelet). Az egyes mintavételezések során a
mintákat jellemző színük vagy más tulajdonságuk (pl. állag) alapján különítettük el. A 6.
ábra mutatja be a 11 fúrás/mintavétel maximális mélységét, a minták elkülönülésének
szintjét, valamint az egyes rétegek jellemző színét az azt megközelítő színezéssel.
-
6. ábra: A Zsámbéki-mendece északkeleti részén mélyített talajfúrások és mintavételi
rétegek/egységek ábrázolása a rétegek színét megközelítő színezéssel a talajfelszíntől
számított mélység jelölésével
A 3. táblázat foglalja össze az egyes fúrásokból származó, egyes mintákhoz tartozó
mélységközt és a helyszínen megállapított jellemzőiket (a minták jelölésének és a fúrás
nevének összefüggését lásd az 2. táblázatban).
17
-
18
3. táblázat: A talajminták jele, származási mélységköze és a helyszínen megállapított
fizikai és anyagtani jellemzőik
minta jele származási mélységköze (cm) a fúrások talajainak helyszínen megállapított jellemzői 1326 - sötétbarna, karbonát törmelékkel 1059-1 0-55 sötétbarna, agyagos 1059-2 55-115 sárgásbarna, nagyon kötött agyagos 1059-3 115-150 sötétebb sárgásbarna, nagyon kötött agyagos 1059-4 150-180 világosabb sárgásbarna, nagyon kötött agyagos 1059-5 180-210 sárgás színű, karbonát csíkokkal 1059-6 210-220 nagy karbonát tartalom 1314-1 0-20 sötétbarna, humuszos réteg 1314-2 20-130 nagyon kötött, világos agyag 1314-3 130-220 nagyon kötött, világos agyag, vöröses csíkokkal 1314-4 220-240 nagyon kötött, világos agyag 1316-1 0-55 sötétbarna színű 1316-2 55-400 világosbarna, laza talajréteg 1316-3 400-450 világosbarna, laza, de kicsit kötöttebb 1325-3-1 0-50 sötétbarna, humuszos 1325-3-2 50-100 világosbarna, laza 1325-3-3 100-250 világosbarna, nagyon laza 1330-1 0-110 sötétbarna 1330-2 110-150 sárgás, vörös csíkokkal 1330-3 150-340 szürke, vörös csíkokkal CSIL-1 0-50 barna agyag CSIL-2 50-100 vörös színű, kötött agyag PLTP-1 0-40 sötétbarna, humuszos réteg PLTP-2 40-140 kötöttebb, sötétbarna PLTP-3 140-210 vöröses agyag PLTP-4 210-350 sárga agyag PLTP-5 350-400 sárga agyag, vörös csíkokkal TJ-1 0-140 sötétbarna, humuszos TJ-2 140-200 szürkés világosbarna TJ-3 200-250 narancssárgás színű TJ-4 250-260 szürke színű VM-1 0-40 humuszos, sötétbarna réteg VM-2 40-190 barna agyag VM-3 190-250 fekete, nagy szervesanyag tartalmú ZS-1 0-40 sötétbarna, humuszos ZS-2 40-400 sárgás agyag
A begyűjtött mintákat hosszabb ideig, körülbelül két hónapig száraz laborban tároltam a
laborvizsgálatok megkezdése előtt, így minden esetben légszáraz mintákkal dolgoztam.
-
19
5. ALKALMAZOTT MÉRÉSI ÉS KIÉRTÉKELÉSI MÓDSZEREK
5.1. Fajlagos izotópaktivitás meghatározása gamma-spektroszkópia módszerével
A gamma-spektroszkópia alkalmas arra, hogy meghatározzuk egyes izotópok és
(szekuláris egyensúlyt felételezve) anyaelemeik (például urán, tórium) fajlagos aktivitását
(Bq/kg), illetve koncentrációját (ppm) a vizsgált mintában.
Szekuláris egyensúly beállása esetén az anyaelem aktivitása egyenlő leányelemeinek
aktivitásával. Ennek feltétele, hogy az anyaelem felezési ideje sokkal nagyobb legyen, mint
leányelemeié és elegendő idő (legalább a legnagyobb felezési idejű leányelem felezési
idejének ötszöröse) teljen el az anyag keletkezése óta. Természetes anyagokat vizsgálva az 238U és a 232Th sorok esetére mindkét feltétel teljesülése feltételezhető, így a radon és a toron
előtti leányelemek fajlagos aktivitásából megbecsülhető az 238U- és a 232Th-tartalom. A radon
és toron utáni leányelemek aktivitása már általában kisebb értéket mutat, mert a radon és a
toron gáznemű izotópokként (nemesgáz) elhagyják a mintát.
A mérések egy gamma-spektrumot eredményeznek, amelyben a gamma-sugárzás
energiája alapján határozzuk meg az azt kibocsátó izotópot, az adott csúcsba érkező beütések
száma alapján pedig az izotóp mennyiségét. A spektrumban a karakterisztikus energiáknál
éles (100 eV széles), Gauss-görbe alakú csúcsokat detektálunk. A gamma-foton a detektor
anyagával három módon hathat kölcsön: fotoeffektussal, Compton-szórással vagy
párkeltéssel. A karakterisztikus csúcsokat a fotoeffektus során leadott energia hozza létre. A
kölcsönhatás valószínűsége fotoeffektus esetén a detektoranyag rendszámának ötödik
hatványával, Compton-szórás esetén pedig első hatványával arányos. A félvezető detektor
anyaga ezért áll nagy rendszámú elemből, germániumból.
Az időegység alatt beérkező beütésszám alapján határozható meg az egyes izotópok
aktivitása, figyelembe véve a relatív gyakoriság, valamint a detektor (adott energiára és adott
geometriai elrendezésre jellemző) hatásfokát. Így az adott energiához tartozó izotóp
aktivitását a következő egyenlet írja le:
A = T / (t * ε * η) – Tháttér / (tháttér * ε * η),
ahol A az aktivitás [Bq], T a mért beütésszám (a csúcs alatti terület) [db], Tháttér a beütésszám
a háttér spektrumában, t a mérési idő [s], tháttér a háttér mérésének ideje, ε a relatív gyakoriság
(az izotóp bomlása során a fotonok hányad része kerül az adott energiájú csúcsba) és η a
-
20
hatásfok. Ebből a vizsgált minta tömegének figyelembevételével számolható a fajlagos izotóp
aktivitás.
Bizonyos izotópok (például 226Ra és 235U) nagyon közeli energián bomlanak és egy
csúcsban (például 186 keV) átfednek. Ezzel korrigálni kell: a csúcsba tartozó beütések
számát szét kell osztani a két izotóp között az adott energiához tartozó relatív gyakoriság és a
természetes izotóparány [például az 235U az összes urán 0,7204%-a, az 238U pedig 99,2742%-a
(Brookhaven National Laboratory, http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/)] vagy más energiájú
csúcs kiértékelése alapján.
Az 238U sor radon előtti tagjainak, a 232Th sor toron előtti tagjainak és a 40K fajlagos
aktivitására voltam kíváncsi (a radon- és toronexhalációs együtthatók meghatározása végett,
valamint összefüggést keresve a két bomlási sor izotópjainak és a 40K fajlagos aktivitása
között), így a 186keV-es (226Ra), a 911keV-es (228Ac) és az 1460keV-es (40K) csúcsokat
értékeltem ki. A csúcsok átfedését a 226Ra fajlagos aktivitásának meghatározása során vettem
figyelembe munkám során. Ebből a célból Ebaid et al. (2005) eredményeit használtam fel,
miszerint a 186keV-es csúcs beütésszámának 58,3%-a származik a 226Ra-tól és 41,7%-a az 235U-től, radioaktív egyensúlyt feltételezve az 238U és a 226Ra között. (A 40K aktivitása az
1460keV-es csúcsa alapján határozható meg és hasonló energiájú gamma-fotonokat bocsát ki
az 228Ac, 232Th leányelem is. Számításaim alapján az 228Ac beütésszámának részaránya
elhanyagolható, így ebben az esetben nem kell figyelembe venniaz átfedést.
A gamma-spektroszkópiai méréseket az Atomfizikai Tanszék GC1520 - 7500SL típusú
HPGe (nagy tisztaságú germánium) detektorával végeztem. Ez egy olyan félvezető detektor,
amely germánium egykristályból áll. A rendszer a 100-2800keV közötti gamma-fotonok
detektálására van beállítva, amelyeket 4096 csatornába gyűjt. A csúcs alatti terület (T)
meghatározásához csúcskereső és -illesztő programot használtam (Spill, amely az ELTE TTK
tanára által írt program). A mérési idő mindig 16 óra volt, ami másodperc egységekben
szerepelt a számításban (t). A relatív gyakoriság (ε) számítógépes adatbázisból származik
(Nuclides, 2000). A hatásfok (η) meghatározása egy olyan (ELTE, TTK tanára által írt)
számítógépes programmal történt, amelynek szükséges megadni a mérési elrendezésre
jellemző geometria adatait, valamint a minta átlagos rendszámát és sűrűségét [kizárólagos
SiO2 összetételt vettem alapul és a talajok átlagos térfogattömegét, 1,45g/cm3-t (Filep, 1999)
használtam]. Ez a program Monte-Carlo szimuláció segítségével számolja ki a hatásfokot az
egyes energiákra. Feltételezhetjük, hogy a minta minden egyes térfogateleméből egyenlő
valószínűséggel lép ki a tér minden irányába egy adott energiájú gamma-foton. A program
-
21
véletlen irányba kilépő fotonok millióit generálja és számlálja. Amennyiben a detektor
irányába indul egy foton, megvizsgálja, hogy fellép-e kölcsönhatás a detektor anyagával. A
program tartalmazza a háromféle kölcsönhatási folyamat hatáskeresztmetszetét germániumra,
az energia függvényében. Végigköveti a foton útját mindaddig, amíg teljes energiáját leadja a
detektor anyagában vagy elhagyja a detektort. Azon esetek számának, amikor a teljes energia
bennmarad és az összes generált gamma-fotonok számának hányadosa megadja a hatásfokot,
ami általában 10-1-10-3 nagyságrendbe esik (Épületek radioaktivitása laboratóriumi gyakorlat,
mérésleírás, http://ion.elte.hu/~akos/orak/kmod/EPR2.htm).
A kapott részeredmények alapján a fent megadott egyenlet segítségével számoltam a
fajlagos izotópaktivitás értékeket. A hibaszámításkor figyelembe vettem a csúcsterület és a
hatásfok szórását, amelyeket a használt programok (Spill, Monte Carlo szimulációs program)
adtak meg. A fajlagos aktivitása szórása a tömeg figyelembevételével számolható.
A fajlagos aktivitás értékekből kiszámítható a ppm-ben (g/t-ban) vett koncentráció érték
az 238U-ra, a 232Th-re és a K-ra, de csak szigorúan akkor, ha fennáll a szekuláris egyensúly.
Ezt feltételezve, a következő, levezettett egyenletek szerint számoltam:
c = K * A
K = (1000 * M) / (NA * λ),
ahol c a koncentráció [ppm], K az átszámításhoz szükséges konstans [kg/Bq], A a fajlagos
aktivitás [Bq/kg], M a tömegszám [g/mol], NA az Avogadro-szám [6*10231/mol] és λ a
bomlási állandó [1/s]. Ennek megoldása szerint:
1. 1Bq/kg 226Ra (238U sor) = 0,08063ppm 238U (K=0,08063kg/Bq),
2. 1Bq/kg 228Ac (232Th sor) = 0,2472ppm 232Th (K=0,2472kg/Bq),
3. 1Bq/kg 40K = 32,35ppm K (figyelembe véve a 40K százalékos részarányát –
0,0117%) (K=0,3785kg/Bq).
-
22
5.2. Radon- és toron-mérések
5.2.1. A használt műszer, a RAD7 radon detektor működése
Mind a talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentrációjának, mind a talajminták fajlagos
radon- és toronexhalációjának mérésére RAD7 radon detektort használtam (amelyet a
Durridge Co. Inc. forgalmaz). Ennek működését Durridge (2000) (használati utasítás) alapján
mutatom be.
A RAD7 egy szilícium-félvezető detektort tartalmaz. Ez a radon, illetve a toron
bomlásait nem méri, csak a leányelemeik alfa-bomlásait detektálja. A pozitív töltésű
leányelemeket a detektor térfogatában lévő elektromos tér a detektoranyag felületére hajtja és
itt bomlanak el. Ezeket a bomlásokat energiájuk alapján, általában jó felbontással
különbözteti meg a műszer.
A detektor a 0-10MeV-es alfa-részecskéket tudja detektálni. 200 csatornába osztja a
beütéseket az alfa-energia alapján, ezeknek a csatornáknak mindegyike 0,05MeV-es
energiasávot fog át. A RAD7 négy funkcionális ablakban: az A, a B, a C és a D ablakban
számolja a beütéseket, ezek 20-20 csatornát tartalmaznak (4. táblázat). Ezek nem fogják át az
egész energiatartományt 0-10MeV között, csak a radon és a toron alfa-részecskét kibocsátó
leányelemeit hivatottak detektálni.
4. táblázat: A RAD7 ablakainak csatornatartománya, energiatartománya, a bennük
detektált izotópok, az izotópok által kibocsátott alfa-részecskék energiája és az izotópok
anyaelemei (radon vagy toron)
Ablak Csatorna Energiatartomány (MeV) Detektált izotóp Alfa-részecske energiája
(MeV) Anyaelem
A 108-128 5,40-6,40 218Po, 212Bi 6,00, 6,05 radon, toron B 128-148 6,40-7,40 216Po 6,78 toron C 148-168 7,40-8,40 214Po 7,69 radon D 168-188 8,40-9,40 212Po 8,78 toron
A radon leányelemei az A (218Po) és a C (214Po) ablakban, a toron leányelemei a B
(216Po) és a D (212Po) ablakban vannak detektálva (bomlási energiájuk szerint ide esnek). A 4.
táblázatban az A ablaknál feltüntettem a 212Bi izotópot is, amely a toron egyik leányeleme.
Ennek a bomlási energiája (6,05MeV) nagyon közel esik a 218Po bomlási energiájához
(6,00MeV), ezért a tőlük származó beütéseket nem tudja a műszer megkülönböztetni.
-
A 7. ábrán látható módon, a toron először 216Po-má, majd 212Pb-má alakul (6,78MeV-es
alfa-részecske, a B ablakban detektálható). A következő alfa-bomlás a 212Bi bomlása, ami
35,94%-os valószínűséggel szenved alfa-bomlást (6,05MeV-es alfa-részecske, az A ablakban
detektálható), 64,06%-os valószínűséggel pedig béta-bomlással 212Po keletkezik belőle, amely
8,78MeV energiájú, a D ablakban detektált alfa-részecskéket bocsát ki (Brookhaven National
Laboratory, http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/).
7. ábra. A toron bomlása, a RAD7 műszerben az alfa-részecskéket detektáló
energia-ablakok jelének (A, B, D) feltüntetésével
A műszer a radon- és a toronaktivitás-koncentrációt az első leányelemektől származó
beütések számának segítségével határozza meg. A radonaktivitás-koncentráció
meghatározását a 218Po 6,00MeV energiájú alfa-bomlásai alapján végzi. Ez az A ablakba
esik. Az A ablakban megszámolt beütésekből le kell vonni a 212Bi 6,05MeV-es alfa-
bomlásainak járulékát a 218Po beütésszám meghatározásához. Ezt a RAD7 detektorban
alkalmazott korrekció úgy számolja, hogy az A ablakba érkező beütésekből kivonja a D ablak
(212Bi-ből keletkező 212Po izotópok) beütéseit osztva 1,94-el (218Po beütésszám = A-D/1,94).
Ez azonban csak egy közelítés. A toron bomlási sorának elágazási arányaiból következően az
irodalmi érték: 218Po beütésszám = A-D/(64,06/35,94) = A-D/1,78 (Brookhaven National
Laboratory, http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/). Így a műszer mindig egy kicsit kevesebb
beütést von le a valóságosnál.
Korábbi eredmények szerint (Szabó & Boros, 2009) a RAD7 radon detektor által
alkalmazott korrekció nem működik tökéletesen abban az esetben, amikor nagy 23
-
24
toronaktivitás-koncentráció van vagy volt jelen a detektorban. Ilyenkor az 1,78 korrekciós
faktorral számított érték is nagyobb a valóságosnál, mert a D ablakból sok beütés kiesik az itt
detektált csúcs kiszélesedése miatt. Ez lecsökkenti a használandó korrekciós faktor értékét
1,7 körülire (218Po beütésszám = A-D/1,7) (a hivatkozott tudományos diákköri dolgozatban
még nem ez az érték szerepel, a munka további eredményei alapján a fent megadott korrekció
a legáltalánosabban – több RAD7 műszerre és több mintára – alkalmazható). A mért
beütésszámok, a RAD7 által számolt 218Po beütésszám és az 1,7-es korrekciós faktor
segítségével számítottam a valósághoz legközelebbi radonaktivitás-koncentráció értékeket.
A RAD7 a toronktivitás-koncentrációt a B ablakban detektált 216Po beütésszáma alapján
határozza meg. Ezek az értékek a mérési bizonytalanság figyelembevételével maradéktalanul
elfogadhatók. A mérések kiértékelése során a toronaktivitás-koncentrációk esetén figyelembe
kell venni, hogy a mért, detektortérfogatban lévő koncentráció kisebb, mint az eredeti
koncentráció. Ennek oka a toron 55,6 másodperces felezési ideje, ami miatt a detektorba
jutásig a toron atomok egy bizonyos százaléka elbomlik az áramlási út térfogata és az
áramlási sebesség függvényében. A detektorba jutásig, illetve detektálásig elbomlott toron
atomok miatt toronaktivitás-koncentráció csökkenés lép fel. Az eredeti koncentráció a
következő egyenlet szerint számítható:
c0 = cm / e-λ Vút / s,
ahol c0 az eredeti toronaktivitás-koncentráció [Bq/m3], cm a mért toronaktivitás-koncentráció
[Bq/m3], λ a toron bomlási állandója [1/perc], Vút az áramlási út térfogata [cm3] és s a RAD7
radon detektor pumpája által meghatározott áramlási sebesség [cm3/perc], amely a leírás
szerint 650cm3/perc (Durridge, 2000). A detektor térfogatát (körülbelül 700cm3) nem kell
beleszámítani az áramlási út térfogatába (Vút) azért, mert a jelenlévő elektromos tér miatt a
térfogatba bejutó toron atomok, akármikor is bomlanak el, detektálásuk bekövetkezik
(függetlenül attól, hogy homogén-e már az eloszlásuk a detektortérfogatban).
A 218Po izotóp – amelynek bomlásai alapján határozza meg a RAD7 a radonaktivitás-
koncentrációt – 10-15 perc alatt veszi fel a radon aktivitásának értékét (mert háromszoros-
ötszörös felezési ideig kell várni, hogy beálljon a szekuláris egyensúly a radon és a 218Po
között, aminek felezési ideje 3 perc körüli). Ezért a mérés első 10-15 percének adatát/adatait
el kell hanyagolni, a többi átlagát szabad csak figyelembe venni. A toronaktivitás-
koncentráció meghatározására a 216Po izotóp bomlásaiban keletkező alfa-részecskéket
-
használja fel a detektor. A szekuláris egyensúly beállásához ebben az esetben kevesebb, mint
egy másodperc elegendő, mert a 216Po felezési ideje 0,145 másodperc. Így toronaktivitás-
koncentrációk esetén az összes mérési adat figyelembe vehető.
5.2.2. Talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének módszere
A talajgázban felhalmozódó radon és toron mennyisége az adott mérési pontra, az ott
található kőzetre és talajra jellemző érték, amit befolyásolhatnak az időjárási körülmények,
ezért célszerű hasonló időjárási viszonyok mellett végezni a méréseket az egyes pontokon.
Mivel a talajgáz radon és toron tartalma nagymértékben hathat a rá épült épületek beltéri
radonaktivitás-koncentrációjára (az épület szerkezetétől függően), ezért fontos információt
jelent ez az érték. A talajgáz radonaktivitás-koncentráció mérése alapján készítik sok esetben
a radontérképeket.
Toron esetén – a rövid felezési idő miatt – kisebb mértékű az összefüggés a talajgáz és a
beltéri koncentráció között. A nagyobb beltéri toronaktivitás-koncentrációért inkább az
építőanyagokban jelenlévő 232Th a felelős, nem a talaj (például Yonehara et al., 2005, Yamada
et al., 2005, Shang et al., 1997). Ennek ellenére a vizsgálati területen fontos a toron
tanulmányozása a közelben megtalálható, a legtávolabbi mintavételi ponttól is csak körülbelül
10 kilométerre lévő, nagy-kopasz hegyi tórium-, toron-anomália miatt (Tyhomirov, 1965;
Wéber, 1989).
Az általam végzett mérések során alkalmazott elrendezést mutatja be a 8. ábra.
8. ábra: A mérési elrendezés a talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentrációjának
mérése során (talajgáz szonda, páralekötő, szűrő, RAD7 radon detektor)
25
-
26
A talajgáz szondán (a Durridge Co. Inc. által a RAD7-hez ajánlott talajgáz szonda)
keresztül a talaj pórusiból kiszívott levegő egy páralekötőn áramlik át (8. ábra), itt a levegő
megszabadul páratartalmától. A mérések során fontos, hogy a páratartalom a detektor
térfogatában kicsi értéket (
-
9. ábra: A mérési elrendezés a radon- és toronexhaláció meghatározása során
végzett koncentráció mérés alatt (radonkamra, páralekötő, szűrő, RAD7 radon
detektor)
Itt a radonkamrából (csapokkal lezárható, 3,5cm sugarú, 9,5cm magasságú, így
körülbelül 366cm3 térfogatú, henger alakú, alumínium kamra) kiáramló levegő (9. ábra) a
páralekötőbe, majd a szűrőn át a RAD7 radon detektorba jut, ahonnan egy csövön keresztül
újra a kamrába kerül.
A fajlagos exhaláció értéke kétféle módszerrel is meghatározható, amint korábban erről
már szó volt:
1. A koncentráció növekedése a kamrában
A kamrába zárt levegő aktivitása a következő összefüggés szerint növekszik, időben
állandó exhaláció során:
A = E * ( 1 – e-λt ),
ahol A az aktivitás [Bq], E az exhaláció [Bq = db/s], λ a bomlási állandó [1/s] és t az eltelt idő
[s]. E * 1 tag írja le a keletkezést, E * e-λt tag a bomlást. Az egyensúly akkor áll be, amikor A
= E a mérési hiba pontosságán belül. Ez akkor érvényes, amikor e-λt tag elhanyagolhatóvá
válik. Ötszörös felezési idő után már kijelenthető ez, legalább a mérési bizonytalanságnál
nagyobb pontossággal, ezért radon esetében 5 * 3,82 nap ≈ 3 hét, toron esetében 5 * 55,6
másodperc ≈ 5 perc múlva már beáll a radioaktív egyensúly, tehát már nem emelkedik az
aktivitáskoncentráció a kamrában (például Saad, 2008).
27
-
28
A nemzetközi irodalomban általában a radonkamrát a minta behelyezése után,
várakozási idő nélkül a radonaktivitás-koncentráció mérő műszerhez kapcsolják és a
feltöltődést figyelik. Ebben az esetben a mérhető radonaktivitás-koncentráció kezdetben egy
egyenes mentén növekszik. A mérés során kapott radonaktivitás-koncentráció értékekre egy
egyenes illeszthető úgy, hogy az Y tengelyt a 0-nál metssze. Az egyenes meredekségéből a
kezdeti szakaszban kiszámolható az exhaláció:
m = E * λ / Vnet → E = m * Vnet / λ,
ahol m az egyenes meredeksége [Bq/m3/s], E a radonexhaláció [Bq], λ a radon bomlási
állandója [1/s] és Vnet a feltöltődő térfogat (detektor, csatlakozó csövek, kamra térfogata –
minta térfogata) [m3].
Másik lehetőség, hogy a feltöltődési görbe kirajzolódását mérjük ki. Ezzel megkapható
az egyensúlyi koncentráció, valamint kiszámítható a mérési kör eresztésének mértéke az
egyensúly beállásáig eltelt idő alapján. Minél inkább ereszt a mérési kör, annál hamarabb áll
be az egyensúly, így a maximális érték felét is annál kevesebb idő alatt érjük el, mint a radon
felezési ideje. A maximális érték feléig eltelt idő és a felezési idő alapján megadható az
eresztés mértéke (például Sakoda, 2008). Hátránya ennek a módszernek, hogy a
radonaktivitás-koncentráció mérő műszert sokáig igénybe veszi, így nem volt lehetőségem ezt
alkalmazni 36 talajminta mérésére, valamint a toronexhaláció meghatározására alkalmatlan,
mert a kamrában az egyensúly öt perc alatt beáll és ennek a felfutását nem lehet kimérni.
Ezért a 2. módszer segítségével határoztam meg a talajminták fajlagos radon- és
toronexhalációját.
2. Egyensúlyi koncentráció a kamrában
A mintákat radonkamrákba helyeztem és lezártam, majd megvártam, hogy a keletkezés
(itt exhaláció) és a bomlás között kialakuljon az egyensúly mind radon, mind toron esetére (3
hét). Ekkor műanyag csövekkel a kamrához csatlakoztattam a RAD7 radon detektort és
megmértem a kialakult radon- és toronaktivitás-koncentrációt.
Korrekcióba kell venni a térfogat megnövekedésével járó felhígulást és a háttér
aktivitáskoncentrációit a következő, levezethető egyenlet alkalmazásával:
Clevegő = Cmért + Cmért * Vdetektor / Vnettó – Cháttér * Vdetektor / Vnettó,
-
29
ahol Clevegő a kamrában kialakuló aktivitáskoncentráció [Bq/m3], Cmért a mért
aktivitáskoncentráció [Bq/m3], Cháttér a helyiségben lévő aktivitáskoncentráció, amely a
detektorban és a csövekben is megtalálható [Bq/m3], Vdetektor a detektor és a csatlakozó csövek
térfogata [m3] és Vnettó a kamra térfogata, kivonva a minta térfogatát [m3].
Az exhaláció [Bq] egyenlő az aktivitás-koncentráció [Bq/m3] és a kamra nettó
térfogatának [m3] szorzatával:
E = Clevegő * Vnettó,
ahol E az exhaláció [Bq], Clevegő a kamrában kialakuló aktivitáskoncentráció [Bq/m3] és Vnettó
a kamra térfogata, kivonva a minta térfogatát [m3]. Ebből a minta tömegének
figyelembevételével számolhatjuk a fajlagos radon-, illetve toronexhalációt [Bq/kg]. A fent
említett mérési kör eresztésével azért nem volt szükséges korrigálni, mert több hosszú idejű
(több nap) mérés eredményei szerint a RAD7 ablakaiban nem csökken a beütésszám az
általam használt mérési elrendezés alkalmazásával (lásd Szabó & Boros, 2009)
A RAD7 mérési ciklusait 15 percesre állítottam be és minden esetben 17 mérési ciklus
mérése történt. A 17 radonaktivtás-koncentráció érték közül az első nem vehető figyelembe,
toron esetén viszont mindegyik érték figyelembe vehető. Az áramlási út térfogata 21,6cm3
volt minden esetben, így a toron elbomlásának mértéke körülbelül 2,5%. Az eredményeknél
megadott exhaláció értékek ezzel korrigálva vannak.
A hibaszámításban figyelembe lett véve a koncentráció (háttér, kamrában felhalmozódó
aktivitáskoncentráció) és a térfogat (csatlakozó csövek, kamra, minta) mérésének hibáját. A
tömegmérés pontossága a többi tényezőjéhez képest kiemelkedően nagy, ezért ez
elhanyagolható.
5.3. Fizikai talajféleség-kategóriákba sorolás módszere
A szemcseösszetétel alapján a talajok különböző fizikai talajféleség-kategóriákba
sorolhatók (Filep, 1999). A fizikai talajféleség-kategória a talajban található szemcsék
méretéről ad információt, aminek fontos szerepe van a radon és a toron kibocsátó képesség
vizsgálata során.
A legszélesebb körben elfogadott az USA Talajtani Szolgálata (USDA) által kidolgozott
textúraminősítés, amelyet Filep (1999) alapján használtam. Az értékelés a három fő
-
30
szemcsefrakció (homok, iszap, agyag) százalékos arányából kiindulva történik. A
homokfrakció jellemző szemcsemérete 0,05-2mm, az iszapfrakcióé 0,002-0,05mm, az
agyagfrakcióé
-
31
Megjegyzendő, hogy a talajfúrások legfelső szintjeinek mintáit nem célszerű kiválasztani erre
a vizsgálatra, mert a növényi és állati maradványok még nagyobb bizonytalanságot okoznak.
5.4. Izovonalas eloszlástérképek szerkesztésének módszere
Minden mérési, illetve mintavételi pont EOV koordinátája és talajfelszínhez viszonyított
mélysége ismert, ezeken kívül a mért értékekre van szüksége a használt programnak, a
Surfer8-nak. Első lépésként létre kell hozni az úgynevezett gridet (vagy négyzetháló) ekkor a
vizsgált területhez egy rácsot és minden rácsponthoz egy értéket rendel a program. Ez
többféle módszerrel is kivitelezhető, a munka során a krigelést alkalmaztam. Ebben az
esetben valamely geometriai pont ismeretlen értékét úgy határozza meg a program, hogy
olyan súlyozott átlagot képez a más pontokban ismert értékekből, amely szórása minimális. A
grid alapján rajzoltatható ki az izovonalas, kontúros térkép (contour map), amelyet a program
az EOV koordináták alapján helyez a megfelelő helyre (ha több objektumunk van). A mért
adattal rendelkező pontok kijelölhetőek úgynevezett post map létrehozásával.
A program interpolációs eljárással határozza meg az eredeti adattal rendelkező pontok
közötti területre az értékeket. Ez nem veszi figyelembe például a talajtani határokat, illetve
kiugró értékek mellett, relatív kis mintasűrűség esetén túlbecsüli a kis vagy a nagy értékkel
rendelkező területek nagyságát, így az eloszlástérképek csak közelítik a valóságot, nem fedik
azt teljes egészében. Ugyanakkor egy nagyobb léptékű vizsgálat során, a jelen dolgozatban az
eredmények kiértékelése során bemutatott felbontás több mint megfelelő.
Extrapolációnak nevezzük a mérési, illetve mintavételi pontokon kívüli területekre
történő értékbecslést. Ezt egy esetben sem végeztem el, kizárólag az adattal rendelkező
pontok által határolt területet vizsgáltam. Többféle horizontális eloszlástérkép szerkeszthető a
mérési eredményekből. Az izovonalas talajgáz radonaktivitás-koncentráció, talajgáz
toronaktivitás-koncentráció, radonexhaláció és toronexhaláció (több mélységben)
eloszlástérképeket készítettem el.
A fajlagos exhaláció értékekből szerkesztett eloszlástérképek esetén az adott pontra
jellemző értéket úgy kaptam, hogy a fúrás egyes mintáinak értékeit a mélységi kiterjedésükkel
súlyozottan átlagoltam. Két méter mélységig végeztem el az átlagolást figyelembe véve,
hogy 1/ az épületeket általában körülbelül 1,5 méter mélységig építik be a talajba, így
körülbelül ebben a rétegben jelenlévő talaj radonexhalációja hathat a beltéri radonaktivitás-
koncentrációra és 2/ a legtöbb mintavételi pont esetén körülbelül két méter mélységig van
adat. Toron esetében más a helyzet a rövid felezési ideje miatt (nem jut be olyan könnyen a
http://hu.wikipedia.org/wiki/Geometriahttp://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Attrib%C3%BAtum%C3%A9rt%C3%A9k&action=edit&redlink=1http://hu.wikipedia.org/wiki/S%C3%BAlyozott_%C3%A1tlaghttp://hu.wikipedia.org/wiki/Sz%C3%B3r%C3%A1s
-
32
lakóterekbe a talajból, így nem lenne szükséges ilyen mélységig vizsgálni), de a két
eloszlástérkép összevethetősége érdekében és a mélyebb rétegekre jellemző adatok hiánya
miatt itt is két méter mélységig vettem figyelembe az értékeket.
A Kelet nevű mintavételi ponton nem történt talajgáz radon- és toronaktivitás-
koncentráció mérés, valamint egy felszíni minta lévén nem lehet két méter mélységig
jellemző átlagos értéket számolni. Ebből a mintavételi pontból, valamint a Csillagerdő nevű
pontból (csak egy méter mélységig van adat) származó adatok a dolgozatban egy esetben sem
lettek figyelembe véve az eloszlástérképek szerkesztése során (23., 24., 25. és 26. ábra).
Itt megjegyzem, hogy a talajrétegek fajlagos exhaláció értékei és a porozitás ismeretével
megbecsülhető lenne a jelenlévő talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentrációja, de a vizsgált
minták porozitása nem volt meghatározható kellő pontossággal a rendelkezésre álló
laboratóriumi eszközökkel. A talajminták sűrűsége nem volt mérhető, mert a tömör
szerkezetük és a fúrólyukat felvevő formájuk miatt nem lehetett meghatározni térfogatukat a
szerkezet megbolygatása nélkül. A víz segítségével történő porozitás becslés pedig a
feltételezhető nagy agyagásvány tartalom (duzzadás) miatt nem volt kivitelezhető, illetve nem
adott megbízható eredményt.
6. MÉRÉSI EREDMÉNYEK
6.1. Fajlagos 226Ra (238U-sor), 228Ac (232Th-sor) és 40K aktivitás értékek
A gamma-spektroszkópiai vizsgálatok a következő, 6. táblázatban összefoglalt
eredményeket hozták.
-
33
6. táblázat: Az egyes minták fajlagos izotópaktivitás és koncentráció értékei az egyszeres
szórás feltüntetésével
Minta jele 226Ra (Bq/kg) σ
c238U (ppm)
σ 228Ac (Bq/kg) σ
c232Th (ppm) σ
40K (Bq/kg) σ
cK (ppm) σ
1326 29,4 3,3 2,4 0,3 17,0 1,3 4,2 0,3 177 6 5730 205 1059-1 30,5 3,3 2,5 0,3 24,1 1,2 6,0 0,3 288 7 9316 240 1059-2 31,1 3,2 2,5 0.3 25,0 1,2 6,2 0,3 311 8 10053 251 1059-3 31,5 3,1 2,5 0,3 23,5 1,2 5,8 0,3 283 7 9156 240 1059-4 19,5 2,8 1,6 0,2 18,7 1,0 4,6 0,3 236 7 7635 218 1059-5 30,9 3,1 2,5 0,2 23,8 1,1 5,9 0,3 268 7 8654 233 1059-6 21,6 3,8 1,7 0,3 17,8 1,4 4,4 0,4 184 8 5951 254 1314-1 25,1 3,3 2,0 0,3 17,4 1,1 4,3 0,3 233 7 7537 233 1314-2 18,6 2,9 1,5 0,2 17,8 1,2 4,4 0,3 227 7 7329 218 1314-3 23,0 2,9 1,9 0,2 16,1 1,1 4,0 0,3 233 7 7539 229 1314-4 17,0 2,9 1,4 0,2 15,4 1,0 3,8 0,2 223 7 7228 221 1316-1 33,6 3,7 2,7 0,3 24,3 1,5 6,0 0,4 297 9 9622 279 1316-2 34,0 3,8 2,7 0,3 23,1 1,5 5,7 0,4 295 9 9532 289 1316-3 32,8 3,4 2,6 0,3 27,6 1,4 6,8 0,3 307 8 9942 268 1325-3-1 37,7 3,6 3,0 0,3 27,4 1,4 6,8 0,4 342 9 11072 289 1325-3-2 30,4 3,6 2,5 0,3 23,7 1,5 5,8 0,4 270 8 8738 271 1325-3-3 32,1 3,6 2,6 0,3 28,3 1,6 7,0 0,4 338 9 10950 289 1330-1 35,4 3,5 2,9 0,3 24,9 1,4 6,1 0,3 267 8 8650 250 1330-2 36,8 3,3 3,0 0,3 28,3 1,3 7,0 0,3 289 8 9348 250 1330-3 35,8 3,5 2,9 0,3 21,8 1,3 5,4 0,3 337 8 10897 271 CSIL-1 36,1 3,4 2,9 0,3 26,7 1,2 6,6 0,3 287 7 9296 240 CSIL-2 17,4 2,6 1,4 0,2 15,2 1,0 3,8 0,2 182 6 5903 193 PLTP-1 31,3 3,3 2,5 0,3 21,4 1,1 5,3 0,3 304 8 9846 247 PLTP-2 33,5 3,3 2,7 0,3 27,0 1,3 6,7 0,3 327 8 10563 263 PLTP-3 26,7 3,1 2,2 0,3 23,2 1,2 5,7 0,3 280 8 9061 243 PLTP-4 27,1 3,1 2,2 0,2 21,3 1,1 5,3 0,3 265 7 8571 229 PLTP-5 26,3 3,1 2,1 0,3 21,1 1,2 5,2 0,3 240 7 7769 230 TJ-1 26,7 3,3 2,2 0,3 22,9 1,3 5,7 0,3 276 8 8927 252 TJ-2 21,9 2,9 1,8 0,2 19,6 1,1 4,9 0,3 232 7 7501 217 TJ-3 26,9 3,1 2,2 0,3 20,7 1,2 5,1 0,3 244 7 7905 234 TJ-4 31,8 3,2 2,6 0,3 23,7 1,2 5,9 0,3 265 7 8569 234 VM-1 26,5 3,1 2,1 0,2 22,9 1,2 5,7 0,3 376 9 12173 280 VM-2 26,0 3,0 2,1 0,2 18,7 1,1 4,6 0,3 321 8 10395 256 VM-3 21,4 2,8 1,7 0,2 17,0 1,1 4,2 0,3 295 8 9552 250 ZS-1 35,8 3,5 2,9 0,3 18,6 1,2 4,6 0,3 242 8 7820 249 ZS-2 34,1 3,2 2,7 0,3 24,2 1,2 6,0 0,3 285 8 9209 243
A talajminták átlagos meghatározott 238U-koncentrációja 2,3±0,5ppm, 232Th-
koncentrációja 5,4±0,9ppm és K-koncentrációja 8832±24ppm. Ezek a magyarországi
átlagokat megközelítő értékek, amely átlag 238U-ra 2,3 ppm, 232Th-re 6,9 ppm és K-ra 11970
ppm (UNSCEAR, 2000). A mért értékek átlagosnak tekinthetőek.
-
Minden talajréteget egy belőle vett, megmért talajminta eredményei reprezentálnak. A
10., 11. és 12. ábrákon az egyes talajrétegekre jellemző izotóp- vagy elemkoncentráció
értékek láthatók a színskálák szerint behatárolt kategóriák alapján jelölve.
10. ábra: Az 238U koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben
Az 238U-koncentrációnak a legnagyobb a relatív szórása a három vizsgált izotóp (elem)
közül, de még így sem mutatnak nagy változékonyságot az adatok. Nem figyelhető meg
szoros összefüggés az 238U-koncentráció és a talajfelszíntől számított mélység között, viszont
egyes mintavételi pontokon (Budajenő, Hilltop; Tök Nagy Fúrás; Telki, Öreghegy Villapark;
TAKI; Zsámbék) a teljes fúrásra rendre nagyobbak az értékek, de ezek is átlag közeliek.
11. ábra: A 232Th-koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben
34
-
A 232Th-koncentráció értékek esetén sem figyelhető meg szoros összefüggés a
talajfelszíntől számított mélységgel.
Azonban fontos megemlíteni, hogy mivel a meghatározott 238U- és 232Th-koncentráció a 226Ra és az 228Ac fajlagos aktivitásából lett kiszámítva, inkább ezeknek az izotópoknak a
vertikális eloszlásáról adnak információt az ábrák. A szekuláris egyensúly feltételezésével
tettem a fenti megállapításokat (de ezt geokémiai folyamatok eltolhatják a rádium elem
kioldásával).
Az 12. ábra mutatja be a K-koncentráció értékek vertikális eloszlását.
12. ábra: A K-koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben
Két felszíni minta (Telki, Öreghegy Villapark; Vízimalom) K-koncentrációja a
legnagyobb (ennek oka lehet műtrágya), de ezen kívül itt sincs szoros összefüggés a felszíntől
számított mélységgel. Az egyik fúrás esetén csökkennek az értékek, a másiknál pedig
növekednek a mélység felé (12. ábra).
6.2. Radon- és toron-mérések
6.2.1. Talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének eredményei
A mérési adatokat a 7. táblázat mutatja. Az eredmények Kemski et al. (2001) által leírt,
radonaktivitás-koncentrációkra vonatkozó kategóriák szerint alacsony (< 10kBq/m3), illetve
közepes (10-100kBq/m3) kategóriákba esnek. A legnagyobb értékeket mutató Vízimalom, is
csak közepes kategóriájú.
35
-
36
7. táblázat: A talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének eredményei az
egyszeres szórás feltüntetésével
Mérési helyszín neve Radonaktivitás-koncentráció (Bq/m3) σ Toronaktivitás-koncentráció (Bq/m3) σ
Kelet - - - - Budajenő, Hilltop 1817 10 402 78 Budajenő, Szőlőhegy 14 8 0 0 Tök Nagy Fúrás 2776 17 1087 16Telki, Öreghegy Villapark 270 15 31 18
TAKI 13249 37 13493 46Csillagerdő 58 36 47 30 Perbál 6577 13 2972 27Tök 11161 39 5730 21Vízimalom 53040 54 12600 36Zsámbék 17747 54 8408 34
Az adatok között 3 olyat találunk (Budajenő, Szőlőhegy; Telki, Öreghegy; Csillagerdő),
amelyek esetén mindkét meghatározott érték nagyon kicsi, kBq-es nagyságrend alatti. Ebben
a 3 esetben valószínűleg felszíni levegő is került a szondába, vagy nem húztuk eléggé vissza a
szondát és nem volt levegő, amit meg tudott volna mintázni. Ezt a 3-3 adatot nem vettem
figyelembe az eloszlástérképek szerkesztésekor.
6.2.2. Fajlagos radon- és toronexhaláció mérésének eredményei
Az egyes minták fajlagos radon- és toronexhaláció számszerű értékeit a 8. táblázat
mutatja, a vertikális változást a 13. és 14. ábrákon színskála segítségével ábrázolom a fúrások
vizsgált rétegeiben.
-
37
8. táblázat: Az egyes minták fajlagos radon- és toronexhaláció értékei az egyszeres szórás
feltüntetésével
Minta jele Radonexhaláció (Bq/kg) σ Toronexhaláció (Bq/kg) σ 1326 5,9 0,2 3,1 0,1 1059-1 6,0 0,2 4,3 0,1 1059-2 4,7 0,1 3,5 0,1 1059-3 4,7 0,1 3,7 0,1 1059-4 2,9 0,1 3,1 0,1 1059-5 2,7 0,1 2,2 0,1 1059-6 3,0 0,1 2,5 0,1 1314-1 5,0 0,1 3,1 0,1 1314-2 2,6 0,1 2,2 0,1 1314-3 3,1 0,1 3,0 0,1 1314-4 3,0 0,1 2,8 0,1 1316-1 3,3 0,1 3,6 0,1 1316-2 4,2 0,1 2,6 0,1 1316-3 5,3 0,1 3,8 0,1 1325-3-1 9,0 0,3 7,4 0,3 1325-3-2 2,8 0,1 2,9 0,1 1325-3-3 4,0 0,1 3,3 0,1 1330-1 7,2 0,2 3,6 0,1 1330-2 5,2 0,1 3,3 0,1 1330-3 6,9 0,2 5,5 0,1 CSIL-1 5,1 0,1 3,3 0,1 CSIL-2 4,5 0,1 4,5 0,1 PLTP-1 4,8 0,1 2,5 0,1 PLTP-2 6,8 0,2 4,5 0,1 PLTP-3 7,7 0,2 4,9 0,1 PLTP-4 2,7 0,1 2,5 0,1 PLTP-5 3,5 0,1 2,7 0,1 TJ-1 6,5 0,2 3,6 0,1 TJ-2 2,1 0,1 2,5 0,1 TJ-3 2,5 0,1 1,9 0,1 TJ-4 0,4 0,0 3,6 0,1 VM-1 9,9 0,2 6,0 0,2 VM-2 8,6 0,2 3,3 0,1 VM-3 6,7 0,2 0,7 0,0 ZS-1 4,5 0,1 2,9 0,1 ZS-2 4,3 0,1 3,3 0,1
-
13. ábra: A radonexhaláció értékek változása a vizsgált talajrétegekben
14. ábra: A toronexhaláció értékek változása a vizsgált talajrétegekben
A radon- és toronexhaláció értékek a mélység felé több esetben csökkennek (Budajenő,
Hilltop; Tök), de olyan is előfordul, amikor növekedés tapasztalható (például TAKI).
6.3. Fizikai talajféleség-kategóriákba sorolás eredménye
A 9. táblazatban találhatók a vizsgált 36 talajminta közül 10 darab fizikai talajféleség-
kategóriába sorolásának eredménye. A minták kiválasztása a gamma-spektroszkópiai és a
radon- és toronexhaláció vizsgálatok eredményei alapján történt (a 21. ábrán történő
elkülönülés szerint). 38
-
39
9. táblázat: A kiválasztott talajminták Arany-féle kötöttségi száma (Stefanovits et al.,
1999) és az ez alapján meghatározott fizikai talajféleség-kategória
Minta jele KA Fizikai talajféleség-kategória 1059-5 42 vályog 1325-3-2 44 agyagos vályog 1325-3-3 45 agyagos vályog 1330-3 59 agyag CSIL-2 44 agyagos vályog PLTP-3 69 nehéz agyag TJ-4 54 agyag VM-2 > 64 nehéz agyag VM-3 > 70 nehéz agyag ZS-2 43 agyagos vályog
Az eredmények szerint a minták vályog, agyagos vályog és agyag kategóriákba
sorolhatóak. A 1059-5 minta adta a legkisebb értéket, a VM-2 és VM-3 minta pedig a
legnagyobbakat. Ezek esetében nem tudtam a pontos értéket meghatározni, mert a vizsgálat
elvégzése során olyan talajpéppé alakultak, amelyben homogenizáció közel sem volt
tökéletes. A két érték hasonló állapotban került meghatározásra.
-
7. SZÁRMAZTATOTT EREDMÉNYEK, ELOSZLÁSTÉRKÉPEK ÉS
ÉRTELMEZÉSÜK
A 15. ábrán az 228Ac (232Th sor) fajlagos aktivitása látható a 226Ra (238U sor) fajlagos
aktivitásának függvényében. A két érték korrelál egymással, a számított korreláció értéke
0,79. Ez azt jelenti, hogy nagyobb 226Ra fajlagos aktivitáshoz nagyobb 228Ac fajlagos
aktivitás társul általában, így a számított 238U-koncentrációhoz nagyobb 232Th-koncentráció
tartozik.
15. ábra: Az 228Ac fajlagos aktivitása az 226Ra fajlagos aktivitásának függvényében
trendegyenes illesztésével, a szórás feltüntetésével [a kéktől eltérő színű jelek a
következő mintákat jelentik: zöld - VM-3, rózsaszín - VM-2, lila - VM-1 (nem látszik a
többi ponttól) és narancssárga - TJ-4 minta]
40
-
A fajlagos radon- és toronexhaláció értékek korrelációját a 16. ábra mutatja, aminek
értéke 0,68.
16. ábra: A fajlagos toronexhaláció a fajlagos radonexhaláció függvényében
trendegyenes illesztésével, a szórás feltüntetésével (a kéktől eltérő színű jelek az alábbi
mintákat jelentik: zöld - VM-3, rózsaszín - VM-2, lila - VM-1 és narancssárga - TJ-4
minta)
Amint a 16. ábra mutatja néhány, eltérő színnel jelölt talajminta nem illeszkedik a
trendre. A VM-2 és VM-3 mintában a fajlagos toronexhaláció csökkent értékű, a TJ-4
mintában pedig a fajlagos radonexhaláció mutat kicsi értéket (a többi mintához viszonyítva).
Feltűnő, hogy a kék jellel jelölt minták jelentős korrelációt – 0,82-t – mutatnak.
41
-
Megvizsgálva a fajlagos 226Ra és 228Ac és a radon- és toronexhaláció összefüggését, gyenge
korreláció tapasztalható (17. és 18. ábra). Ennek értéke 0,27, illetve 0,40. Ezek a gyenge
összefüggések az exhaláció mértékét befolyásoló összetett tényezők jelentős hatásával
magyarázhatók. Mindkét esetben (17. és 18. ábra) megfigyelhető egy alapvető növekvő
trend.
17. ábra: A fajlagos radonexhaláció a fajlagos 226Ra aktivitás függvényében
trendegyenes illesztésével
18. ábra: A fajlagos toronexhaláció a fajlagos 228Ac aktivitás függvényében trendegyenes
illesztésével
42
-
43
A fajlagos 226Ra és 228Ac aktivitás (amely utóbbi, szekuláris egyensúly esetén
megegyezik a toron közvetlen anyaelemének, a 224Ra-nek az aktivitásával) és a fajlagos
radon- és toronexhaláció hányadosaként meghatározható a radon- és toronexhalációs
együttható (10. táblázat). Ezek az értékek fejezik ki (jelen dolgozatban), hogy a keletkező
radon és toron atomok hány százaléka hagyja el a mintát.
10. táblázat: Az egyes minták radon- és toronexhalációs együtthatói az egyszeres szórás
feltüntetésével
Minta jele Radonexhalációs együttható (%) σ Toronexhalációs együttható (%) σ 1326 20,0 2,3 18,3 1,5 1059-1 19,8 2,2 18,0 1,0 1059-2 15,0 1,6 14,1 0,8 1059-3 15,1 1,5 15,9 1,0 1059-4 14,8 2,2 16,5 1,1 1059-5 8,7 0,9 9,2 0,5 1059-6 14,0 2,5 14,1 1,3 1314-1 19,9 2,7 17,8 1,2 1314-2 14,1 2,2 12,5 0,9 1314-3 13,3 1,7 18,3 1,4 1314-4 17,9 3,2 18,2 1,3 1316-1 10,0 1,1 14,7 1,1 1316-2 12,4 1,4 11,1 0,8 1316-3 16,2 1,7 13,7 0,8 1325-3-1 23,9 2,4 27,1 1,7 1325-3-2 9,2 1,1 12,4 0,9 1325-3-3 12,5 1,4 11,5 0,8 1330-1 20,3 2,1 14,6 0,9 1330-2 14,2 1,3 11,8 0,7 1330-3 19,3 1,9 25,0 1,6 CSIL-1 14,2 1,4 12,5 0,7 CSIL-2 25,9 3,9 29,9 2,1 PLTP-1 15,5 1,7 11,7 0,7 PLTP-2 20,2 2,0 16,7 0,9 PLTP-3 29,0 3,5 21,2 1,3 PLTP-4 10,1 1,2 11,8 0,7 PLTP-5 13,2 1,6 12,7 0,9 TJ-1 24,2 3,0 15,8 1,0 TJ-2 9,8 1,3 12,8 0,9 TJ-3 9,3 1,1 9,3 0,7 TJ-4 1,2 0,1 15,0 0,9 VM-1 37,2 4,4 26,2 1,5 VM-2 33,3 3,9 17,8 1,2 VM-3 31,3 4,1 4,3 0,4 ZS-1 12,6 1,3 15,7 1,2 ZS-2 12,5 1,2 13,6 0,8
-
A hibaszámításkor a fajlagos aktivitás és az exhaláció értékek szórását vettem
figyelembe. Ezeket a táblázatban összefoglalt értékeket felhasználva elkészíthetők a radon-
és toronexhalációs együtthatók vertikális eloszlását bemutató ábrák (19. és 20. ábra). A
radonexhalációs együtthatók értékének átlaga és annak szórása: 16,9±7,6%, a toronexhalációs
együtthatók esetén ugyanez: 15,6±5,2%. A két érték korrelációjának értéke 0,50 (az összes
mintát vizsgálva), ez nem jelez (szoros) kapcsolatot.
19. ábra: A radonexhalációs együttható értékek a vizsgált talajrétegekben
20. ábra: A toronexhalációs együttható értékek a vizsgált talajrétegekben
44
-
A vertikális eloszlás esetén azt várnánk, hogy a mélység felé, a talaj tömörödése miatt
csökkennek az értékek, de az adatok ezt nem mutatják egyértelműen. A toronexhalációs
együtthatót a radonexhalációs együttható függvényében ábrázolva (21. ábra) információt
kaphatunk az exhaláció, a radon és toron atomok mintából történő kijutásának folyamatáról.
Ezeket az értékeket összevetettem a 21. ábrán még a meghatározott fizikai talajféleség-
kategóriákkal is ott, ahol van adat (9. táblázat).
21. ábra: A toronexhalációs együttható a radonexhalációs együttható függvényében, a
két érték egyenlőségét jelölő piros egyenessel, a fizikai talajféleség-kategóriák jelölésével
(fehér - vályog, citromsárga - agyagos vályog, narancssárgától feketéig - egyre nehezebb
agyag; kék - nincs adat)
A piros egyenes (amely az ábrázolt két érték egyenlőségét jelöli) közelében lévő pontok
esetén a radonexhalációs együttható közel egyenlő a toronexhalációs együtthatóval. Ez azt
jelenti, hogy a mintából azonos valószínűséggel jut ki a hosszabb felezési idejű radon és a
rövidebb felezési idejű toron, tehát ebben az esetben a kijutó atomok egyből elhagyják a
mintát. A 21. ábra szintén jelzi, hogy nincs egyértelmű összefüggés a fizikai talajféleség-
kategória (ami a jellemző szemcseméretre és agyagásvány-tartalomra utal) és a két exhalációs
együttható aránya között, bár a nagyobb jellemző szemcseméretű, vályogos talajok a piros
vonalon helyezkednek el, míg az agyagos talajok esetén eltolódás tapasztalható valamely
irányba. A VM-2 és VM-3 minták a legnehezebb agyagok a vizsgált minták közül (9.
45
-
táblázat, 21. ábra) és ezek tolódtak el legnagyobb mértékben a radonexhalációs együttható
irányába, tehát ezekben tartózkodnak leghosszabb ideig a radon és toron atomok.
A kapott eredményeket összevetetettem Greeman & Rose (1996) publikált adataival.
Az ezekből (a digitalizált és ábrázolt adatokból) szerkesztett diagram látható az 22. ábrán.
22. ábra: A toronexhalációs együttható a radonexhalációs együttható
függvényében Greeman & Rose (1996) adatai alapján, a két érték egyenlőségét jelölő
piros egyenessel, a kiemelkedő agyagtartalmú minták jelölésével (fekete: 70-80%
agyagtartalom, barna: 50-60% agyagtartalom, kék:
-
esetben – feltételezhetően – a talajszemcsék belsejében megtalálható ásványok a radon és a
toron forrása.
Alább az eredmények (7. és 8. táblázat, nem a tárgyalás sorrendjében) alapján
szerkesztett (exhaláció és talajgáz aktivitás-koncentráció) eloszlástérképek kerülnek
bemutatásra, amelyeket összevetek egymással. Az első kettő eloszlástérkép (23. és 24. ábra)
szerkesztése során minden lehetséges pontra (kivétel: Kelet, Csillagerdő) meghatároztam egy
értéket a fúrás talajmintáinak fajlagos exhalációjának mérési eredményei (8. táblázat) és az
egyes rétegek vastagsága alapján, majd ezeket ábrázoltam a Surfer8 program segítségével.
625000 626000 627000 628000 629000 630000 631000 632000 633000 634000
243000
244000
245000
246000
247000
248000
249000
Kelet
Budajeno, Hilltop
Budajeno, Szolohegy
Tök Nagy Fúrás
Telki, Öreghegy Villapark
TAKI
Csillagerdo
Perbál
Tök
Vízimalom
Zsámbék
3
3.4
3.8
4.2
4.6
5
5.4
5.8
6.2
6.6
7
7.4
7.8
8.2
8.6
23. ábra: A felső, 0-2 méteres talajrétegre, vastagság szerint súlyozottan átlagolt fajlagos
radonexhaláció (Bq/kg) Zsámbék (nyugat), Perbál (észak), Telki, Öreghegy Villapark
(kelet) és Vízimalom (dél) nevű mintavételi pontok által határolt területen
47
-
625000 626000 627000 628000 629000 630000 631000 632000 633000 634000
243000
244000
245000
246000
247000
248000
249000
Kelet
Budajeno, Hilltop
Budajeno, Szolohegy
Tök Nagy Fúrás
Telki, Öreghegy Villapark
TAKI
Csillagerdo
Perbál
Tök
Vízimalom
Zsámbék
2.52.62.72.82.933.13.23.33.43.53.63.73.83.944.14.24.3
24. ábra: A felső, 0-2 méteres talajrétegre, vastagság szerint súlyozottan átlagolt
fajlagos toronexhaláció (Bq/kg) a Zsámbék (nyugat), Perbál (észak), Telki, Öreghegy
Villapark (kelet) és Vízimalom (dél) nevű mintavételi pontok által határolt területen
A talajgáz mérések eredményeiből (7. táblázat) a következő, 25. és 26. ábrán látható, a
radon- és toron eloszlásának térképei szerkeszthetők. Ezt a technikat sok ország alkalmazza
és elegendőnek tartja az úgynevezett radonpotenciál térkép szerkesztésére. Tekintettel arra,
hogy a Kelet; Budajenő, Szőlőhegy, Telki, Öreghegy Villapark és Csillagerdő pontok nem
rendelkeznek (értelmezhető) adattal (ennek okát lásd 6.2.1. fejezet), így az eloszlástérkép
kisebb területet fed le, mint a fajlagos exhalációból szerkesztett térképek.
48
-
625000 626000 627000 628000 629000 630000 631000 632000 633000 634000
243000
244000
245000
246000
247000
248000
249000
Kelet
Budajeno, Hilltop
Budajeno, Szolohegy
Tök Nagy Fúrás
Telki, Öreghegy Villapark
TAKI
Csillagerdo
Perb�