Aktív radon mérési módszerek

Az aktív mérési módszernél árammal működő műszert használunk a méréshez. A kiértékelés a méréssel egyidejűleg megtörténik. Akár rövid időn belül (néhány perc vagy óra) eredményt kapunk a radon aktuális koncentrációjáról, ezért ezzel a módszerrel nyomon követhető a radon koncentráció változása. A mérési eredmények egy kijelzőn, vagy a számítógéphez való kapcsolódást követően jeleníthetőek meg és értékelhetők. Itt nincs szükség külön kiértékelő rendszerre. A mérésekhez korábban csak a professzionális, drága műszerek álltak rendelkezésre, amelyek alkalmasak voltak a radon-koncentráció széles tartományon belüli pontos meghatározásához. A növekvő lakossági igényre válaszként megjelent a radon mérő műszerek új generációja, melyek sokkal olcsóbbak és elsődlegesen az otthonok beltéri radon-koncentrációjának hosszú idejű monitorozására szolgálnak. Az általuk szolgáltatott eredmény pontossága kisebb és a szükséges mérési idő is hosszabb lehet.

Egy-egy helyszínen az ajánlott minimális mérési idő függ a mérés céljától is, általában néhány óra és pár nap közötti intervallumba esik.

Az aktív műszeres méréshez használt detektor típusok: szcintillációs detektorok, ionizációs kamrák, félvezető detektorok.

Szcintillációs detektor – Lucas cella

A mérés elve az, hogy a vizsgált radonos levegőből meghatározott mennyiséget egy mérőkamrába kell juttatni, amely egy kiértékelő mérőegységhez csatlakozik.

A mérőkamrában a mérés előtt vákuumot kell létrehozni, majd a radonos levegőt egy adott térfogatú (pl. 150 cm³) szcintillációs kamrába kell átvinni és a kamrát légmentesen lezárni. A radioaktív aeroszol részecskéket ki kell szűrni a levegőből a kamrába juttatás előtt egy filterrel. Ezáltal csak a radonos levegő tud a műszer belsejébe jutni és a porszemcsékhez tapadt leányelemek nem torzítják a mérés eredményét.

A szcintillációs kamra hengeres kialakítású, fala speciális formájú, légmentesen zárható üvegből készül, amelynek belső felületén ezüsttel aktivált cink-szulfid - ZnS(Ag) – bevonat van. A kamrában lévő radon és leányelemeinek bomlásából származó alfa-részecskék átadva energiájukat a szcintillátor anyagának gerjesztik azt, amelyben ennek következtében fényfelvillanások keletkeznek. A fény fotonokat a kamra fényáteresztő talp részéhez csatlakozó fotoelektron sokszorozó alakítja át mérhető árammá. Az így létrejövő áram erőssége arányos a kamrában lévő levegő radon-koncentrációjával.

A mintavétel után, a mérést megelőzően 3 óra várakozás szükséges a radon és leányelemei közötti egyensúly beálltához. A mérési idő általában legfeljebb 1 óra. A rendszer elvi működéséből következik, hogy ezzel a módszerrel csak szakaszos mintavétel és mérés valósítható meg.

Ionizációs kamra

Ez a mérési módszer azon alapul, hogy a radonos levegőt a műszer hengeres mérőkamrájába kell juttatni, ahol a radon elbomlik és ionizálja a kamrában lévő levegőt. A GM csöves számlálókhoz hasonlóan a létrejövő szabad elektronok töltésüket leadva, az áramhurokban a radon-koncentrációval arányos áramerősségű jelet hoznak létre. A radonos levegő a kamrába egy beépített vagy külső pumpa segítségével, vagy nyitott oldalfalú kamra esetében diffúzióval juthat. A detektorba injektált levegőből előzetesen ki kell szűrni a radioaktivitást hordozó aeroszol részecskéket egy szűrővel. A fő különbség a Lucas cellával szemben, hogy ez a típusú műszer folytonos mérést tesz lehetővé (mind diffúziós, mind pedig átöblítéses módban).

A mérés során a radon és leányelemeik bomlásakor keletkező alfa-részecskék formájában felszabaduló energia a detektor levegőjét ionizálva egyenként több tízezer ionpárt hoznak létre. A kamrában a rákapcsolt feszültség hatására statikus elektromos erőmező van. Az elektronok a töltésüket átadva a pozitív töltésű elektródának, abban a primer alfa-részecskék energiájával arányos nagyságú elektromos áramimpulzus keletkezik, amelyet felerősítenek és egy jel analizátor nagyság szerinti csatornákba osztályoz. Ily módon energia szelektív mérés valósul meg. A mért beütésszám a radon és a leányelemei alfa-bomlásától származó impulzusok számlálásán alapul.

Az ionizációs kamra elvével működő detektortípus például a német gyártmányú AlphaGuard PQ 2000 típusú műszer.

AlphaGuard PQ 200

Félvezető detektor

A félvezető detektoros mérések elve hasonló az ionizációs kamránál bemutatotthoz, azzal a különbséggel, hogy a félgömb alakú mérőkamrában egy félvezető alfa-detektor helyezkedik el. Ez méri a radon és bomlástermékeitől származó alfa-beütések gyakoriságát. A levegőt általában egy beépített pumpa juttatja a mérőkamrába. A pumpának csak a kamrán belüli légcsere felgyorsításában van szerepe, a mérés elvi módját nem befolyásolja.

A félvezető detektoros műszerekben egy félgömb alakú mérőkamra van beépítve, amelynek a belső felülete vezető réteggel van bevonva. A félgömb közepén egy félvezető szilárdtest alfa-detektor helyezkedik el. A mérendő levegő ebbe a kamrába jut egy pumpa segítségével. A detektor és a félgömb közé nagyfeszültség van kapcsolva, ami a radon bomlása során keletkező pozitív töltésű radon leányelemeket a detektor negatív potenciálú elektródjára vonzza. A bomlásuk során keletkező alfa-részecskék a detektorban az energiájukkal arányos nagyságú jeleket keltenek, amiket a műszer külön-külön képes detektálni. A mért beütések gyakorisága arányos a radon és leányelemeinek koncentrációjával. Ilyen típusú műszer pl. a Durridge RAD7, a SARAD RTM-2200. A detektálás hatásfokát befolyásolhatja (csökkentheti) a mintázott levegő páratartalma, ezért egyes gyártók (pl. Durridge) ajánlják a műszerbe beszívott levegő nedvesség tartalmának csökkentését páramegkötő anyag közbeiktatásával.

SARAD RTM-2200

Aktív radon mérő műszer típusok összehasonlítása

Felhasznált irodalom:

AlphaGUARD User Manual, Genitron Inst., Germany, Alpha GUARD User manual

RAD7 User Manual, Durridge Co. Inc., USA, RAD7 User manual

Rad Elec Inc. FAQ, https://www.radelec.com/faq_eperms.html

Nagy Gábor, Vincze Árpád, Félvezető eszközök, mint sugárzásérzékelő detektorok, ZMNE BJKMK, 2007

Canoba, A.C., et. al., Radon Determination by Activated Charcoal Adsorption and Liquid Scintillation Measurement, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, vol. 240, no. 1, p. 237-241, 1999

Gordana Pantetlic, et. al., Indoor radon activity concentration measurement using charcoal canister, 2015 January
https://www.researchgate.net/publication/311397624

M. Belgaid, D. Amrani, Investigation and use of LR-115 track detectors for radon measurements https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/36/010/36010931.pdf