Dynamika procesu ekshalacji radonu z gruntu a parametry meteorologiczne i własności gleby

Abstract

Radon (222Rn) jako naturalny gazowy izotop promieniotwórczy występujący powszechnie w przyrodzie i jego krótkożyciowe produkty rozpadu są znaczącym czynnikiem odpowiedzialnym za dawkę promieniowania jonizującego jaką otrzymują ludzie. Jest więc przedmiotem zainteresowania od wielu lat – zarówno pod kątem naukowym (fizyka transportu radonu, jego ekshalacja z gleby, wnikanie do budynków, badanie rozkładu stężeń, itp.) jak i w aspekcie dozymetrycznym i jego wpływu na organizm człowieka. Ekshalacja radonu jest procesem wydostawania się radonu z gruntu (lub innych ośrodków, np. ścian, materiałów budowlanych) do atmosfery. Proces ten jest interesujący i złożony, zależny od wielu czynników. Zależności te nie są całkowicie wyjaśnione i są ciągle badane. Celem pracy było poszerzenie wiedzy na temat procesu ekshalacji radonu z gruntu. W szczególności podjęto próbę zbadania dynamiki tego zjawiska w dłuższym okresie czasu w powiązaniu z warunkami meteorologicznymi. Radon (222Rn) powstaje w gruncie w wyniku rozpadu promieniotwórczego występującego w nim radu (226Ra). Zatem własności gruntu, takie jak porowatość, przepuszczalność, stężenie radu oraz temperatura i wilgotność mają bezpośredni wpływ na dynamikę ekshalacji radonu. Temperatura powietrza i opady atmosferyczne wpływają bezpośrednio na temperaturę i wilgotność gleby, dlatego też są tymi czynnikami meteorologicznymi, które pośrednio oddziałują na proces ekshalacji radonu. Zminimalizowanie wpływu zmienności podstawowych parametrów gleby (przepuszczalności, porowatości, gęstości, stężenia radu) było możliwe ponieważ pomiary wykonywano na stanowisku umieszczonym w tym samym miejscu. Na terenie IFJ PAN zostało utworzone stałe stanowisko do prowadzenia quasi ciągłych i długoterminowych pomiarów ekshalacji radonu. Dla celów pracy niezbędne było wykonywanie regularnych pomiarów szybkości ekshalacji radonu z jednoczesną rejestracją podstawowych parametrów meteorologicznych w miejscu pomiaru. Zebrano i zanalizowano dane uzyskane w okresie trzech lat. W celu uchwycenia tendencji zmian procesu ekshalacji radonu i zależności od warunków meteorologicznych konieczne było wykonywanie pomiarów kilka razy w ciągu doby, co zostało zrealizowane poprzez zaprojektowanie przez autorkę i wykonanie automatycznego urządzenia do pomiarów ekshalacji. W pierwszych dwóch rozdziałach pracy umieszczono informacje na temat radonu i procesów jakim podlega w środowisku, a także przedstawiono matematyczny opis zjawiska ekshalacji radonu z gruntu. Uzupełniono równanie opisujące proces ekshalacji radonu z gruntu o wprowadzenie czynnika odpowiadającego wilgotności gleby. Rozdział 3 poświęcono przedstawieniu wybranych metod stosowanych w pomiarach współczynnika emanacji radonu i szybkości jego ekshalacji. Stanowisko pomiarowe, urządzenie do automatycznych pomiarów ekshalacji oraz zaproponowaną przez autorkę metodykę pomiarów ekshalacji radonu z gruntu, przedstawiono w rozdziałach 4 – 5. Rozdział 6 zawiera analizę zebranych wyników pomiarów szybkości ekshalacji radonu, zarówno pod kątem statystycznym jak i wpływu wybranych parametrów meteorologicznych na szybkość tego procesu. W celu omówienia tego ostatniego zagadnienia posłużono się m.in. analizą wieloparametryczną, która pozwoliła na sformułowanie bardziej precyzyjnych wniosków dotyczących wpływu warunków meteorologicznych na dynamikę procesu ekshalacji. Podsumowanie i wnioski przedstawiono w rozdziale 7. Do pracy została dołączona płyta CD zawierająca pełny zestaw wyników pomiarów ekshalacji radonu z gruntu wraz z kompletem danych meteorologicznych rejestrowanych w okresie pomiarowym 2003 – 2006, a także rysunki przebiegów szybkości ekshalacji na tle zmian podstawowych parametrów meteorologicznych (ciśnienie atmosferyczne, temperatura i wilgotność powietrza, opady, szybkość wiatru) dla okresu jesień 2005 – lato 2006.