MJERENJE RADONA NA SVEUČILIŠTU U OSIJEKU I VELEUČILIŠTIMA U SLAVONIJI

Transcription

1 SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU ODJEL ZA FIZIKU ANA PAVLAČIĆ MJERENJE RADONA NA SVEUČILIŠTU U OSIJEKU I VELEUČILIŠTIMA U SLAVONIJI Završni rad Osijek, 2015.

2 SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU ODJEL ZA FIZIKU ANA PAVLAČIĆ MJERENJE RADONA NA SVEUČILIŠTU U OSIJEKU I VELEUČILIŠTIMA U SLAVONIJI Završni rad Predložen Odjelu za fiziku Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku radi stjecanja zvanja prvostupnice fizike Osijek, II

3 Ovaj završni rad je izrađen u Osijeku pod vodstvom doc. dr. sc. Denisa Stanića u sklopu Sveučilišnog preddiplomskog studija fizike na Odjelu za fiziku Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku. III

4 Sadržaj Sažetak Uvod 1. Teorijski dio 1.1.Radon 1.2.Transport i koncentracija radona Radon u zatvorenim prostorima 1.3.Detekcija radona Detektori nuklearnih tragova SSNTD 2. Eksperimentalni dio 2.1.Postavljanje detektora 2.2.Priprema filmova za jetkanje 2.3.Jetkanje Priprema otopine Postupak jetkanja 2.4.Brojanje 2.5.Matematičke formule 3. Mjerne lokacije i rezultati mjerenja 4. Zaključak 5. Literatura IV

5 Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku Završni rad Odjel za fiziku MJERENJE RADONA NA SVEUČILIŠTU U OSIJEKU I VELEUČILIŠTIMA U SLAVONIJI ANA PAVLAČIĆ Sažetak Mjerenja koncentracije radona izvršena su u prostorijama svih sastavnica Sveučilišta u Osijeku i veleučilišta u Slavoniji. Korišteni su pasivni detektori nuklearnih tragova LR-115 tip II (proizvođač Kodak-Pathé, Francuska) te je postavljeno ukupno 320 detektora, a obrađeno je njih 308. U prostorijama su držani godinu dana u razdoblju od prosinca do prosinca 2014., a najčešće su postavljeni na ormare, na 2 m visine, u prostorijama u kojima borave studenti i djelatnici (predavaonice, laboratoriji, uredi). Rezultate smo prikazali u ovisnosti o tome gdje se nalaze te prostorije (podrum, prizemlje, prvi kat, drugi kat,... ). S obzirom na to da je tlo glavni izvor radona ( 222 Rn) bilo je za očekivati da će u prostorijama bliže tlu biti veća koncentracija radona u zraku. Rezultati mjerenja pokazali su da u četiri institucije postoje prostorije u kojima je srednja vrijednost koncentracije radona bila iznad preporučenih 300 Bq m -3 [1]. To su Elektrotehnički fakultet u Osijeku (zgrada u Kampusu), Katoličko bogoslovni fakultet u Đakovu, Poljoprivredni fakultet u Vinkovcima te Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu (1077 Bq m -3 ) gdje u jednoj prizemnoj prostoriji koncentracija radona premašuje iznos od 1000 Bq m -3, što je vrijednost pri kojoj se u Hrvatskoj preporuča poduzimanje intervencijskih mjera.[2] V

6 Rad je pohranjen u knjižnici Odjela za fiziku Ključne riječi: detektori nuklearnih tragova, koncentracija radona, prirodni izvor zračenja Mentor: doc. dr. sc. Denis Stanić Ocjenjivači: Rad prihvaćen: VI

7 University Josip Juraj Strossmayer Osijek Bachelor of Physics Thesis Department of Physics MJERENJE RADONA NA SVEUČILIŠTU U OSIJEKU I VELEUČILIŠTIMA U SLAVONIJI ANA PAVLAČIĆ Abstract Measurements of radon concentration have been made at all faculties and departments at the University of Osijek and colleges of applied sciences in Slavonia region. Measurements of radon in air were performed by passive nuclear etched track detectors LR-115 type II (Kodak-Pathé, France). All together there have been set 320 detectors but 308 of them are processed. These detectors were kept for a year in institutions and mostly they have been set up on closets, that are 2 metre high and out of people reach, in locations where students and professors are spending their time (classrooms, laboratories, offices). Results came in correlation with locations where these detectors were installed (cellar, ground floor, first floor, second floor,...). As we know that the main source of radon ( 222 Rn) is soil, it was easy to expect that there will be high values of radon concentrations in areas near the soil. However, there were some results where the arithmetic means of indoor radon concentration exceeded recommended referent value of 300 Bq m -3 [1]. In one institution in Slavonski Brod, radon concentration is over 1000 Bq m -3 which is value that in Croatia requires undertaking some interventional measures. [2] VII

8 Thesis deposited in the library of the Department of Physics Keywords: nuclear track detectors, radon concentration, natural source of emission Supervisor: doc. dr.sc. Denis Stanić Reviewers: Thesis accepted: VIII

9 Uvod Radon ( 222 Rn) je prirodni plemeniti radioaktivni plin čiji je glavni izvor tlo. U kori Zemlje se nalazi uranij-238 ( 238 U) čijim raspadom nastaje radij ( 226 Ra) iz kojeg alfa raspadom nastaje radon koji se u plinovitom stanju izlazi iz tla, izbija na površinu i odlazi u atmosferu. Na svom putu prema atmosferi radon se miješa sa zrakom koji udišemo i na taj način čovjek u sebe unosi radioaktivni plin radon. Kao glavna posljedica udisanja velikih koncentracija radona zrakom je nastanak smrtonosnog karcinoma na plućima čovjeka. Takvi uvjeti povećane koncentracije radona mogu nastati u stambenim ili radnim prostorima sa slabim provjetravanjem i u blizini tla (podrumske i prizemne prostorije). Ova tema o radonu kao uzročniku karcinoma pluća intenzivno je zaokupirala javnost tridesetih godina prošlog stoljeća zbog brojnih smrti rudara koji su bili izloženi velikim dozama radona. Velika zainteresiranost za pronalaskom rješenja kako se zaštiti od radona i njegovih kratkoživućih potomaka traje sve do danas. Ono što nas zanima i čime ćemo se baviti u ovom radu je koncentracija radona kojoj su studenti i profesori izloženi na području Slavonije, točnije na lokacijama Sveučilišta u Osijeku i veleučilišta u Požegi, Slavonskom Brodu i Vukovaru. Detektori su postavljeni u svim institucijama raspodijeljeni jednoliko po tlocrtu zgrade na svim etažama. Mjerenje je obavljeno u trajanju od godine dana, od prosinca do prosinca godine. Rezultati istraživanja omogućit će određivanje srednje efektivne godišnje doze koju studenti i djelatnici navedenih ustanova prime od radona. IX

10 1. Teorijski dio 1.1. Radon Radon je plemeniti radioaktivni plin koji nastaje u tlu alfa raspadom radija ( 226 Ra). S obzirom na to da je njegovo vrijeme poluraspada dugo (1600 godina) s obzirom na vrijeme udisanja, on sam po sebi nije toliko opasan koliko su njegovi potomci. Koncentracija koja je udahnuta ujedno je i izdahnuta bez mogućnosti raspada ili pak zadržavanja u plućima te kasnijeg raspada i oštećivanja tkiva pluća. Nasuprot tome, trenutni raspad njegovih potomaka 218 Po, 214 Pb, 214 Bi, 214 Po koji se natalože na površini tkiva u plućima i ubrzo raspadnu uz oslobađanje energije koja oštećuje okolno tkivo. Raspad 214 Po i 218 Po uzrokuje najviše štete na plućima. Zbog brzine raspada potomaka, pluća se ne stignu regenerirati dovoljno brzo i izbaciti opasne potomke radona iz dišnog sustava. [3] Konačni rezultat je pojava karcinoma pluća. Slika 1. Raspad radija, pripadna zračenja te vrijeme poluraspada određenog potomka [14]. X

11 1.2. Transport i koncentracija radona Transport radona se kroz tlo odvija difuzijom i/ili uz pomoć plinova kao što su ugljikov dioksid (CO 2 ) te metan (CH 4 ) ili uz pomoć vode koja prolazi kroz slojeve tla. Najveća difuzija radona je omogućena kroz šljunak i zrak, a najmanje kroz vodu (Tablica 1.). Radon 1 je nošen zrakom zahvaljujući vjetru no i zahvaljujući promjeni tlaka zraka te kiši i otopljenom snijegu. Za ulazak radona u stambene zgrade zaslužan je i niži tlak unutar prostorija nego li je tlak na otvorenom te u tlu. Na otvorenom prostoru koncentracija radona i njegovih potomaka je mala, no u kućama i drugim stambenim objektima situacija je malo ozbiljnija o čemu će se govoriti u poglavlju 1.3. Medij D (m 2 s -1 ) Zrak 10-5 Šljunak x 10-6 Suhi pijesak 10-5 Mokar pijesak 2.5 x 10-6 Ostaci glečera 5 x x 10-7 Glineno tlo 8 x 10-8 Voda 10-9 Tablica 1. Koeficijenti difuzije, D, za 222 Rn [4]. Uzevši u obzir ograničen vijek poluraspada radona, veći dio će se raspasti nakon određene udaljenosti prijenosa radona. 90% radona će se u vodi raspasti na prijeđenoj udaljenosti od 5 cm, u pješčanom tlu ta udaljenost iznosi 2 metra, a u zraku je njen iznos 5 metara [4]. 1 Pod riječ radon se misli prvobitno na 222 Rn i njegove potomke koji imaju znatniji utjecaj na zdravlje čovjeka nego li sam radon po sebi XI

12 Slika 2. Djelovanje difuzije radona kroz tlo na koncentraciju radona u različitm vrstama tla (veća dubina ujedno i veća koncentracija radona) [3] Na koncentraciju radona u zraku uvelike utječe vjetar. Vjetar iznad tla konstantno uzrokuje kruženje radona od pora u tlu pa prema atmosferi i obratno te na taj način reducira koncentraciju radona u tlu. Što je tlo rahlije i prozračnije te što je utjecaj vjetra jači to će i koncentracija radona biti manja. Veća ventilacija rezultira manjom koncentracijom radona u tlu i iznad tla. XII

13 Radon u zatvorenim prostorima Iako je koncentracija radona na otvorenom prostoru mala, ona se u zatvorenim prostorima može uvelike povećati ukoliko nema stalne ventilacije odnosno izmjene zraka unutar prostorije s okolinom. Bez ventilacije koncentracija unutar prostora raste, a time raste i opasnost za zdravlje čovjeka. Istraživanja su pokazala da velik broj ljudi smrtno oboljeva od karcinoma pluća uzrokovanog izlaganju prevelikoj koncentraciji radona u zatvorenim prostorima poput kuća, tvrtki, škola i vrtića i sličnih ustanova gdje ljudi borave veliki dio dana. Kako radon izlazi iz zemlje prema atmosferi na njegovom putu se nalaze kuće (obiteljski domovi), stambene zgrade, obrazovni objekti i slično. Radon može ući u unutrašnjost objekata u kojima ljudi borave na slijedeće načine (Slika 3.): pukotine na podu, poprečna greda, pukotine na zidu, pukotine na podu zatvorenog balkona, pukotine oko odvodnih cijevi, vodovod (prizemlje je najbliže tlu kao izvoru radona te su svi putevi koji dovode radon u kuću u samom prizemlju objekta). Slika 3. Načini ulaska radona u kuću [15]. XIII

14 Kako tlo ispod kuće nakon gradnje pomalo slegne, ispod kuće ostaje prazan prostor između betonske ploče i površine zemlje u kojemu se nagomilava radon. Kako gore navedene puteve prolaska radona u kuću teško da možemo spriječiti, jedino što nam ostaje je naći puteve kako radon izvesti van iz prostora. To se može ostvariti stalnim zračenjem prostora, odnosno ranije spomenutom ventilacijom. No, već se i na samom početku gradnje objekta mogu napraviti neki zahvati u gradnji koji će omogućiti nastavak prirodnog puta radona prema atmosferi i na taj način smanjiti njegovu koncentraciju ispod, a kasnije i u samoj građevini. Tako se može postaviti cijev koja vodi od tog prostora ispunjenog radonom ispod građevine pa sve do mjesta gdje se radon ispušta u okolinu (Slika 4.) [5]. Slika 4. Propuštanje radona cijevima u atmosferu [16]. XIV

15 1.3. Detekcija radona Detekciju radona znanstvenici vrše uglavnom radi dva cilja, a to su zdravlje čovjeka te geofizička mjerenja. Mjerenja u tlu su bitna zbog više razloga: radon je jedan od pretkazatelja potresa [6,7,8], jedan od pretkazatelja vulkanske aktivnosti [6,9], može poslužiti u pronalaženju ruda te geotermalnih izvora [10]. Postoje brojne tehnike detekcije radona [3]: i. apsorpcije ii. alfa scintilacijske ćelije iii. beta monitoring iv. detektori nuklearnih tragova ( SSNTD ) v. elektrometri vi. gama spektroskopija [11] vii. ionizacijke komore viii. uz pomoć materijala osjetljivih na alfa čestice (polimeri i emulzije) ix. optičke detekcije na udaljenost UV područje (351,7 nm) [11] x. uz pomoć poluvodičkih detektora (Si) xi. tekuće scintilacijke ćelije xii. termoluminiscencija U slučaju direktnog mjerenja radijacije pasivnim uređajima, senzor kojim se mjeri je uobičajno smješten unutar detektorske kutije koja ima otvor kroz koji ulazi radon. Kutija štiti detektor te stvara slobodan prostor oko detektora kako bi što više alfa čestica bilo detektirano, tj. da je učinak detekcije maksimalan. Prvi takvi detektori bili su od običnih kartonskih čaša (Fleischer i Mogro - Campero ). [3] U slijedećim poglavljima govorit će se o detektorima nuklearnih tragova (SSNTD) kakve smo koristili na Odjelu za fiziku radi mjerenja o čijem rezultatima će se govoriti u slijedećim poglavljima. XV

16 Detektori nuklearnih tragova SSNTD Solid state nuclear track detectors SSNTD su pasivni detektori, dielektrici, najčešće polimeri. SSNTD imaju različita svojstva, neki od tih detektora su osjetljivi na alfa čestice u rasponu energije čestica koje je emitirao radon. Većinom su ti detektori dielektrici, polimerne plastike. No unatoč tome što su osjetljivi na alfa čestice, oni nisu osjetljivi i ne ostavljaju urezane pojedinačne tragove u doticaju sa beta i gama zrakama te u doticaju sa neutronima i elektronima. Prednosti ovakvih detektora su u tome da nisu osjetljivi na vlagu, niske temperature, umjetno grijanje i osvjetljenje. Osim što su ovakvi detektori iznimno jeftini, bitno je napomenuti da za njihov rad nije potreban izvor električne struje zahvaljujući tome što je unutarnje svojstvo materijala takvo da može služiti kao detektor samo po sebi. Još jedna karakteristika ovih detektora je da se mogu koristiti na duže vrijeme. Razlika među SSNTD detektorima je u principu detekcije radona i/ili njegovih potomaka s obzirom na geomteriju i uređenje detektora, korištenje/nekorištenje difuzijskih membrana, korištenje/nekorištenje filtera i slično. Princip rada je slijedeći. Teške nabijene čestice (od protona pa na dalje) prolaze kroz detektor i na njemu ostavljaju latentne tragove (skrivena oštećenja) debljine svega nekoliko A ngströma (1 A = m) vidljivih samo elektronskim mikroskopom. Slika 5. Nastajanje latentnih tragova prolaskom nabijene čestice kroz detektor [17]. XVI

17 Budući da su vidljivi samo pod elektronskim mikroskopom mi ih moramo proširiti da bismo ih uspjeli vidjeti optičkim mikroskopom a to radimo metodom jetkanja koja će biti objašnjena u 2. poglavlju. Zatim brojimo tragove što može biti optičko (vizualno uz pomoć mikroskopa) ili automatsko (korištenje drugih pomoćnih tehnika). Mi ćemo koristiti automatsko brojanje tragova pomoću uređaja Spark Countera AIST-2V (proizvođač: V. Khlopkin Radium Institute, Sankt Petersburg, Rusija). Ideju za takav način brojanja tragova uz pomoć iskri iznijeli su Cross i Tommasino Iskre preskaču s jedne electrode kroz rupu u filmu na drugu elektrodu. Jedna eletkroda je metalizirana plastična traka pa kada iskra prođe kroz rupu na tu elektrodu, metal na tom dijelu ispari i tako se zatvori taj električni put. Na taj način brojač ne može brojiti više iskri kroz isti trag. Uspješnost metode je oko 95% u usporedbi s vizualnim brojanjem i dobra je do par tisuća tragova/cm 2 kada dolazi do zasićenja. XVII

18 2. Eksperimentalni dio Na Odjelu za fiziku Sveučilišta u Osijeku koristili smo odvojive (engl. strippable) detektore nuklearnih tragova LR-115 tip II (proizvođač Kodak-Pathé, Francuska) te smo automatsko brojanje tragova odradili pomoću spomenutog uređaja Spark Countera AIST-2V. Detektori nuklearnih tragova se postavljaju na nosač detektora RadonOS-Z (cilindrična plastična posuda promjera 11 cm i visine 7 cm), koji je s gornje strane prekriven filtar papirom površinske gustoće 0,078 kg m -2. Jedan film LR-115 tip II, veličine 3x3 cm 2, postavlja se unutar nosača i služi kao difuzni detektor (Slika 6.). Drugi film pričvršćen je na vanjsku stjenku nosača detektora i služi kao otvoreni detektor (Slika 6.). Razlika između ova dva detektora je ta da otvoreni detektor bilježi ukupan broj alfa čestica koje potječu i od radona i od njegovih kratkoživućih potomaka, dok difuzni detektor koji je zaštićen filtar papirom bilježi samo tragove alfa čestica emitirane od radona. Koncentracija radona u zraku je određena kao produkt koeficijenta osjetljivosti i gustoće tragova na difuzijskom filmu. Ova metoda s dva detektora omogućava i određivanje ravnotežnog faktora F između radona i njegovih kratkoživućih potomaka u zraku, kao i bolju procjenu primljene radonske doze zračenja [12]. Slika 6. Izgled vanjskog (lijevo) i difuznog (desno) filma detektorske posude. [18] XVIII

19 2.1. Postavljanje detektora Filmovi koji su opisani u prethodnom poglavlju se lijepe na licu mjesta kako ne bi detektirali radon prilikom tansporta. Sastavljena detektorska posuda se postavlja u prostorije u kojima student i profesori najviše boravi, u našem slučaju učionice, kabineti, laboratoriji, te se postavlja na ormar (2 m visine) tako da je otvor s mrežicom prema gore (Slika 7.) i da vanjski film gleda od zida (Slika 8.). Slika 7. Slika 8. Slika 7 i 8. Postavljanje detektora na ormar. [18] Prilikom postavljanja detektora potrebno je ispuniti obrazac mjerenja. XIX

20 2.2. Priprema filmova za jetkanje Prije samog jetkanja filmove je potrebno pripremiti tako što moraju biti čisti bez ostataka ljepila i prljavštine. Jedan po jedan vade se iz aluminsjke folije gdje su stavljeni nakon vađenja iz detektorske posude te se obavezno upisuje broj filma u knjigu jetkanja. Uzimamo vanjski prsten za jetkanje koji na sebi ima broj te taj broj pridružimo broju filma u knjizi jetkanja. Film pažljivo, ako je potrebno uz pomoć skalpela odvojimo od celuloidne baze i stavimo na vanjski prsten. Filmovi su izuzetno tanki i lako se kidaju, stoga treba biti strpljiv i pažljiv pri radu. Nakon što smo stavili film na vanjski prsten, uzimamo unutarnji prsten i stavimo ga tako da film ostane pričvršćen između dva prstena (Slika 9.). Višak filma odrežemo skalpelom kako bismo spriječili kidanje ili izvlačenje filma iz prstena. Vanjski prsten ima rupicu na sebi te se tako mogu vješati na slatak za jetkanje. Slika 9. Izgled nosača za filmove LR-115 S tip II [18]. Bitno je napomenuti da prstenje mora biti čisto i oprano pod mlazom vode te osušeno na ubrusima. Na stalak jetkanja se nosači odvajaju plastičnim separatorom kako ne bi bili priljubljeni jedan uz drugog te se loše kemijski obradili. Uz sve filmove stavlja se i tzv. nulti film koji je cijelo vrijeme bio u hladnjaku, a služi za određivanje pozadinskog zračenja od radona ( background koncentracija). Filmovi na stalku se stavljaju na 20 minuta u destiliranu vodu kako bi se oprali a potom su spremni za postupak jetkanja. XX

21 2.3. Jetkanje Priprema otopine Za jetkanje se koristi 10%-tna otopina NaOH koja se unutar kalorimetarske posude tijekom jetkanja ne smije miješati. Gore navedenu otopinu NaOH dobijemo tako da 980 ml destilirane vode sobne temperature usipamo u laboratorijsku čašu od 1500 ml. Na vagi izvažemo točno 100 g zrnaca NaOH te se presipaju u čašu sa destiliranom vodom i miješamo neprestano staklenim štapićem sve dok se ne otope. Obratimo pažnju na to da se sva zrnca otope (i ona koja se mogu zalijepiti za dno čaše). Proces otapanja zrnaca NaOH je egzoterman proces te se temperature otopine povisi na ~ 50 C, a pare nastale pri tom procesu treba izbjegavati jer udisanjem one nadražuju dišne organe. Iz tog razloga je preporučljivo da se cijeli postupak odvija na otvorenom, odnosno prozračnom prostoru. Kada su se sva zrnca otopila i otopina se razbistrila, otopinu presipavamo u kalorimetar. U kalorimetar kroz rupu na poklopcu stavljamo termometar kako bi pratili temperaturu otopine. Kalorimetar je upravljan elektronikom za postizanje željene temperature i odbrojavanje vremena (Slika 10.). Otopini je potrebno 2 sata da se temperatura stabilizira prije nego se stave filmovi te zbog toga prvo spravljamo otopinu a zatim dok se otopina grije u kalorimetru pripremamo filmove za jetkanje. Slika 10. Izgled sustava za jetkanje (kalorimetar i elektronika) [18] XXI

22 Postupak jetkanja Nakon što smo provjerili temperaturu, stalak sa filmovima pažljivo stavimo u kalorimetar te poklopimo pripadajućim poklopcem kalorimetra. Temperatura jetkanja je 50 C, a vrijeme jetkanja je 150 minuta. Tijekom jetkanja otopina se ne smije miješati, ali se treba povremeno nadgledati temperatura. Nakon isteka vremena skidamo pažljivo poklopac i vadimo stalak sa filmovima. Pričekamo kako bi se tekućina s filmova ocijedila i stavljamo ga u destiliranu vodu na završno pranje filmova u trajanju od 20 minuta uz povremeno podizanje i spuštanje stalka s filmovima. Nakon pranja filmovi se suše 24 sata na stalku u sobi Brojanje Nakon što su tragovi prošireni jetkanjem, uz pomoć brojača iskri AIST-2V brojimo tragove alfa čestica na filmovima. (Slika 11.) Broj tragova se upisuje u knjigu brojanja a naknadno se vrši račun koncentracije radona i pogreške mjerenja. Uređaj se uključi u gradsku mrežu i upali. Pri dnu uređaja postoji ploča koja se vadi i u koju se stavljaju filmovi s prstenom, a ujedno služi kao jedna elektroda. Na dnu uređaja su još metalna folija (druga elektroda) i kotačić za pomicanje folije. Najprije se ispita pokazuje li zaslon 600 V odnosno 400 V tako da se spusti poluga bez filma na ploči. Ukoliko zaslon ne pokazuje taj napon može se namjestit pomoću okretnog gumba i odvijača za svaki pojedini napon. Stavimo film s prstenima a kotačićem za pomicanje folije pomaknemo foliju za pola okreta u desno. Sklopkom se napon postavi na 600 V te se spusti poluga. Sačeka se da donji zaslon pokaže 600 V, podignemo polugu i kotačićem pomaknemo foliju za pola okreta udesno. Spusti se poluga i prethodna radnja se ponovi još dva puta. Zatim se napon postavi na 400 V i spusti se poluga. Sačeka se da zaslon prikaže 400 V te se upiše broj tragova na gornjem zaslonu u knjigu brojanja. Podigne se poluga i kotačićem pomaknemo foliju za pola okreta udesno. Spusti se poluga i prethodna radnja se ponovi još tri puta. XXII

23 Slika 11. Brojač iskri AIST-2V [18]. XXIII

24 2.5. Statistička obrada podataka Postupak izračunavanja koncentracije aktivnosti radona (aktivnosti radona) je slijedeći: i. gustoća tragova ρ je broj tragova na filmu po cm 2, a računa se izrazom: ρ = t i N P (trag / cm 2 ) ii. izračun pogreške brojanja tragova σ ρ : (Poissonova statistika pogreška se računa kao drugi korijen izbrojanih tragova) gdje su: t i zbroj svih tragova na jednom filmu N broj polja (4) σ ρ = t i N P (trag / cm 2 ) P površina brojanog područja filma koje iznosi za film LR 115 S u prstenu 1,06 cm 2 iii. izračun gustoće tragova nultog filma ρ 0 : ρ 0 = t 0i N P (trag / cm 2 ) iv. izračun pogreške brojanja tragova nultog filma σ ρ0 : σ ρ0 = t 0i N P (trag / cm 2 ) gdje su: t 0i zbroj svih tragova na nultom filmu N broj polja (4) P površina brojanog područja filma koje iznosi za film LR 115 S u prstenu 1,06 cm 2 XXIV

25 v. izračun razlike između gustoće tragova filma i nultog filma n: n = ρ ρ o. vi. izračun gustoće tragova u vremenu vanjskog filma D : D = n t. vii. izračun gustoće tragova u vremenu difuznog filma D : D = n t viii. izračun koncentracije aktivnosti radona ( koncentracija radona ) crn ili samo c: c = D k ( Bq/m 3 ) gdje je k koeficijent osjetljivosti. Koeficijent osjetljivosti k određen je kalibracijom filmova u radonskoj komori PTP BEV (Physikalisch-technischer Prüfdienst pri Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen, Beč, Austrija) te u tadašnjoj radonskoj komori Zavoda za fiziku Filozofskog fakulteta Sveučilišta u Osijeku. Za odvojive LR-115 II filmove iznosi: K = 65 ± 23 Bq m -3 / tr cm -2 d -1. [19] i. izračun pogreške mjerenja koncentracije radona σ crn : σ crn = D (23) 2 + ( 65 t σ ρ) 2 + ( 65 t σ ρ0) 2 ( Bq/m 3 ) Metoda mjerenja s dva detektora nuklearnih tragova (difuzijskim i vanjskim) omogućava određivanje ravnotežnog faktora F, između radona i njegovih potomaka u zraku kao i bolju procjenu radonske doze. Ravnotežni faktor se određuje prema izrazu: F = a D + b (parametri: a = 0,50 i b = -0,53) D Procjena efektivne doze (H) od radona i njegovih potomaka u kućama izvršena je pomoću izraza: H = (k 1 + k 2 F) c T gdje su faktori konverzije k1=0,17 nsv(bq/m 3 ) -1 h-1 i k2=9,0 nsv(bq/m3) -1 h -1, F ravnotežni faktor, c koncentracija radona, a T vrijeme izlaganja izraženo brojem sati u godini dana koju osoba provede u takvom okruženju. XXV

26 Izračun pogreške ravnotežnog faktora σ F : 0,5 σ F= ( (ρ ρ 0 ) σ ρ) 2 + ( 0,5(ρ ρ 2 2 0) 0,5(ρ ρ ) (ρ ρ 0 ) 2 σ ρ ) + ( (ρ ρ 0 ) 2 σ ρ0 ) ( -oznaka za difuzni film) XXVI

27 3. Mjerne lokacije i rezultati mjerenja Na Sveučilištu u Osijeku i veleučilištima u Slavoniji što je ukupno 24 ustanove, postavljeno je ukupno 320 detektora odnosno u prosjeku to je 13,3 detektora po ustanovi. Od 320 postavljenih obrađeno je njih 308 odnosno 96 %. U tablici 1. dani su rezultati našeg mjerenja gdje se vidi da određene ustanove imaju povišenu koncentraciju radona. Iz grafova u nastavku za određene ustanove vidimo srednju srednju vrijednost koncentracije radona u zraku prema katovima pojedine ustanove ( podrum, prizemlje, prvi kat, ) te isto tako vidimo kako su raspodijeljeni detektori po katovima, standardna devijacija, geometrička sredina te medijan. Tablica 1. Broj postavljenih detektora i statistička obrada podataka mjerenja koncentracije radona (c ± σc) na Sveučilištu u Osijeku (OS) i Veleučilištima u Požegi, Vukovaru i Slavonskom Brodu (SB). Naziv ustanove br. det. c Bq m - 3 σ c Bq m -3 medijan Bq m -3 minmax Bq m Ekonomski fakultet OS Elektrotehnički fakultet OS Filozofski fakultet OS GISK (knjižnica) OS Građevinski fakultet OS Katolički bogoslovni fakultet, Đakovo 7. Medicinski fakultet OS Odjel za fiziku OS Odjel za biologiju OS Odjel za kemiju OS Odjel za matematiku OS Odjel za kulturologiju OS Poljoprivredni fakultet OS Poljoprivredni fakultet Vinkovci 15. Pravni fakultet OS Prehrambeno-tehnološki fakultet OS 17. Rektorat Sveučilišta OS Učiteljski fakultet OS Umjetnička akademija OS Veleučilište u Požegi Veleučilište u Vukovaru Veleučilište u SB Učiteljski fakultet u SB Strojarski fakultet SB XXVII

28 Grafovi raspodjele detektora i koncentracije radona u pojedinim ustanovama prema katovima Filozofski fakultet OS prizemlje 1. kat 2. kat 3. kat-potkrovlje Broj postavljenih detektora Srednja vrijednost Standardna devijacija Geom. sredina Medijan, Elektrotehnički fakultet OS prizemlje 1. kat 2. kat 3. kat Broj postavljenih detektora Srednja vrijednost Standardna devijacija Geom. sredina Medijan, XXVIII

29 Građevinski fakultet OS podrum prizemlje 1. kat 2. kat Broj postavljenih detektora Srednja vrijednost Standardna devijacija Geom. sredina Medijan, Katolički bogoslovni fakultet, Đakovo prizemlje 1.kat 2.kat Broj postavljenih detektora 89 Srednja vrijednost Standardna devijacija Geom. sredina Medijan, XXIX

30 Odjel za fiziku OS laboratorij-prizemlje 1.kat Broj postavljenih detektora Srednja vrijednost 18 Standardna devijacija Geom. sredina Medijan, Odjel za biologiju OS 2.kat 3.kat Broj postavljenih detektora Srednja vrijednost Standardna devijacija Geom. sredina Medijan, XXX

31 Odjel za kemiju OS prizemlje 1.kat Broj postavljenih detektora Srednja vrijednost Standardna devijacija Geom. sredina Medijan, Broj postavljenih detektora Poljoprivredni fakultet OS prizemlje 1. kat 2. kat 3. kat 4. kat 39 Srednja vrijednost Standardna devijacija Geom. sredina Medijan, XXXI

32 Učiteljski fakultet OS prizemlje 1. kat 2. kat 3. kat Broj postavljenih detektora Srednja vrijednost Standardna devijacija Geom. sredina Medijan, Na četiri institucije izmjerene su vrijednosti koncentracije radona veće od 300 Bq m -3 što je preporučena referentna vrijednost po EU BSS [1]. To su Elektrotehnički fakultet u Osijeku (zgrada u Kampusu, prizemlje i 1. kat, c = 305 i 347 Bq m -3 ), Katolički bogoslovni fakultet u Đakovu (3 prostorije u prizemlju, c = 487, 960 i 452 Bq m -3 ), Poljoprivredni fakultet u Vinkovcima (3 prostorije u prizemlju, c = 847, 453 i 311 Bq m -3 ) te Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu (2 prostorije u prizemlju, c = 347 i 1077 Bq m -3 ). Srednja vrijednost koncentracije radona na 17 sastavnica osječkog Sveučilišta smještenih u gradu Osijeku iznosi 59 Bq m -3 uz standardnu devijaciju od 48 Bq m -3 te raspon vrijednosti od 10 do 347 Bq m -3. Uzmemo li u obzir sve promatrane institucije iz Tablice 1, ukupna aritmetička sredina koncentracije radona iznosi 88 Bq m -3 uz standardnu devijaciju od 117 Bq m -3 i raspon vrijednosti od 10 do 1077 Bq m -3. XXXII

33 4. Zaključak Radon je najrjeđi prirodni element na Zemlji (jedino polonija ima manje od radona) te je 86. element periodnog sustava što ga čini plemenitim plinom pa teško stupa u kemijske reakcije. Zbog svoje inertnosti radon se ne taloži na plućima zbog čega se početkom prošlog stoljeća teško vjerovalo u to da radon sam po sebi može nanijeti štetu čovjeku koji radi u okolini sa velikom dozom radona u zraku (rudnici). No ono što čini radon opasnim su njegovi potomci koji se vežu za čestice prašine i dima te se unose u čovjekov dišni sustav te talože na bronhijima i nakupljaju u plućima (tako su objašnjene brojne smrti rudara kroz 400 godina od kada se prvi put godine govorilo o smrtonosnoj bolesti među rudarima). Od 20 poznatih izotopa njih tri su prirodno radioaktivna koja prirodno nastaju u tlu a to su: 222 Rn (radon nastaje radioaktivnim raspadom urana- 238 U), 220 Rn (naziva se još i toron jer nastaje od torija- 232 Th), 219 Rn (naziva se još i aktinon te nastaje od 235 U). Za naše istraživanje najveću važnost ima 222 Rn zbog svog dužeg poluživota od 3,825 dana naspram poluživota 220 Rn od 55,6 s i 219 Rn od 3,96 s. Radon ( 222 Rn) najvažniji je izvor prirodnog zračenja, a ujedno i tiha opasnost za čovjekovo zdravlje. Radon iz tla difundira u atmosferu i disanjem se unosi u pluća čovjeka. Dulje ekspozicije radonu i njegovim potomcima koji također zrače, povećavaju rizik za pojavu plućnog karcinoma kod populacije koja dulje vrijeme provodi u okolini sa povećanom dozom radona, što je prema EU BSS 300 Bq m -3 [1]. U ovom radu iz rezultata smo vidjeli da su srednje vrijednosti koncentracije radona na mjerenim ustanovama ispod preporučene vrijednosti od 300 Bq m -3. No, na četiri ustavnove pronađene su koncentracije radona veće od preporučene vrijednosti. To su Elektrotehnički fakultet u Osijeku, Katolički bogoslovni fakultet u Đakovu, Poljoprivredni fakultet u Vinkovcima te Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu gdje je koncentracija radona u zraku iznosila čak 1077 Bq m -3 što je prema zakonima doza na koju bi trebalo intervenirati. Srednja efektivna doza za djelatnike koji na radnom mjestu godišnje provedu 2000 sati iznosi 0,8 msv, a za studente 0,3 msv uz pretpostavku o godišnjem boravku na fakultetu od 900 sati (prosječno 6 sati dnevno) [13]. No, zbog povećane koncentracije radona u prizemnim prostorijama nekih institucija, srednja efektivna doza za te djelatnike je puno veća od prosječne kao što je slučaj u Slavonskom Brodu gdje za izmjerenu koncentraciju radona od 1077 Bq m -3 srednja efektivna doza iznosi 9,5 msv! XXXIII

34 Što se tiče naših mjerenja, na lokacijama gdje su se pojavili zabrinjavajući rezultati trebalo bi poduzeti mjere zaštite te ponovno obaviti mjerenja. Kako u svijetu tako i u Hrvatskoj postoje detaljne mape koje opisuju koncentraciju radona u naseljenim lokacijama i na kojima se kontinuirano radi. ( Slika 12, Slika 13.) Slika 12. Koncentracija radona u zatvorenim prostorijama na području SAD-a : crveno- velika koncentracija, narančasto- granična koncentracija radona, žuto-mala koncentracija. [5] XXXIV

35 Slika 13. Koncentracija radona u kućanstvima u RH [20] XXXV

36 5. Literatura [1] Council directive 2013/59/EURATOM of laying down basic safety standards for protection against the dangers arising from exposure to ionising radiation. Office Journal of the European Union, 5 December 2013;L13:1-73. [2] Državni zavod za radiološku i nuklearnu sigurnost (DZRNS). Pravilnik o granicama ozračenja, NN59/13, članak 22., str. 7. [3] Radon Measurements by Etched Track Detectors; Applications in Radiation Protection, Earth Sciences and the Environment ; Edited by: Saeed A Durrani, Radomir Ilic [4] UNSCEAR (1982) Ionizing radiation: Sources and biological effects Annex D. United Nations Scientific Committee on the Effect of Atomic Radiation Report to the General Assembly, with annexes. United Nations publications, Sales No. : E.82.IX.8. [5] Web stranica: Preuzeto : [6] Martinelli G., 1993, Proceedings of an Advisory Group Meeting on Isotopic and Geochemical Precursors of Earthquakes and Volcanic Eruptions, Vienna, 1991, International Atomic Energy Agency, pp [7] Dobrovolsky I. P., Zubkhov S. I., Miachkin V. I., 1979, Pure Appl. Geophys. 117, [8] Planinić J., Radolić V., Vuković B., 2004, Radon as an earthquake precursor, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 530, [9] Thomas D. M., 1990, Radon gas as a tracer for volcanic processes. In Proc. Int. Workshop on Radon Monitoring in Radioprotection, Enviromental Radioactivity and Earth Science (eds. L. Tomassino et al.), Trieste, 1989, World Scientific, Singapore, pp [10] Gutierrez L., Lopez A. and Balcazar M., 1984, Application of dating for searching geothermic sources. Nuc. Tracks Radiat. Meas. 8, [11] Parvin P., Davoud-Abadi G.-R., Kariminezhad H., Physics Department, Amirkabir University of Technology, Monitoring for earthquake prediction using hybrid UV LIDAR-Phoswich system. XXXVI

37 [12] Planinić J, Radolić V, Faj Z, Šuveljak B. Radon equilibrium factor and aerosols, Nucl Instrum Methods Phys Res A, 1997; 396: [13] International Commission on Radiological Protection (ICRP). Protection against Radon- 222 at Home and at Work. Pergamon Press, ICRP Publication [14] Web stranica: Preuzeto [15] Web stranica: Preuzeto [16] Web stranica: Preuzeto [17] Web stranica: Preuzeto [18] Mjerenje radona, Priprema za vježbu iz kolegija Viši fizikalni praktikum, Osijek, ožujak 2011.g., Igor Miklavčić, prof. [19] Mjerenje radona na Sveučilištu u Osijeku i veleučilištima u Slavoniji ; Denis Stanić 1, Vanja Radolić, Marina Poje, Igor Miklavčić, Matko Mužević, Ivana Krpan, Ana Pavlačić, Branko Vuković ; Odjel za fiziku Sveučilišta u Osijeku, Trg Ljudevita Gaja 6, Osijek [20] National survey of indoor radon levels in Croatia,V. Radolić, B. Vuković, D. Stanić, M. Katić, Z. Faj,B. Šuveljak, I. Lukačević,D. Faj, M. Lukić, J. Planinić XXXVII