Измерване на радон в сгради

Измерването на радон е относително лесна процедура, която е от съществено значение за оценка концентрацията му в сгради. С цел осигуряване на точни и последователни резултати, измерванията следва да се извършват на база стандартизирани протоколи. Вътрешната концентрация на радон варира в зависимост от конструкцията на сградата и вентилацията й.

Тя се изменя не само сезонно, но дори ежедневно и ежечасно. Заради тези флуктуации, изчисляването на средногодишната концентрация на радон във въздуха в затворени помещения изисква надеждно измерване на средните концентрации в продължение на поне три месеца, при възможност и повече. Краткосрочните измервания предоставят само груба представа за действителното съдържание на радон. За да се гарантира качеството на измерванията, е силно препоръчително измервателните устройства да преминават качествен контрол.

Най-често използваните устройства за определяне концентрацията на радон са алфа детекторите, електретните йонни камери и датчиците с активен въглен. В много държави се използват и активни устройства като електронни сензори или датчици за непрекъснат мониторинг. Пасивните устройства не се нуждаят от електрическо захранване или помпа, за да се осъществи пробовземането, докато за активните се изисква електрически ток.

Активните измервателни устройства дават възможност за изготвяне на диаграми с концентрацията и измененията й в рамките на изследвания период. За дългосрочно (за една година) измерване в жилищни сгради обикновено се използват алфа детекторите, докато за краткосрочно (няколко дни) до средносрочно (седмици или месеци) измерване се прилагат електретните йонни камери.

Тези устройства имат възможност за интегриране на измерените концентрации във времето (например за 8-часов престой в разглежданото помещение), чрез използването на функцията за отваряне/затваряне на детектора. Употребата на измервателните уреди за непрекъснат мониторинг се разраства, тъй като в последните години се наблюдава бавен спад на цената им. Те автоматично предоставят разделена по време информация за съдържанието на радон в сградата.

Алфа детектори

Алфа детекторите се състоят от малко парче специално произведен за целта пластмасов субстрат, капсулиран в дифузна камера с филтър, който не пропуска радон или продуктите на разпада му. Пластмасата в повечето случаи е полиалил дигликол карбонат, целулозен нитрат или поликарбонат. Когато радонът или продуктите на разпада му генерират алфа частици в близост до чувствителния елемент на датчика, те влизат в контакт с него, като оставят микроскопични увредени зони по повърхността му, които се наричат алфа следи.

Химичното или електрохимичното третиране на пластмасовия сензорен материал увеличава размера на алфа следите, което позволява те да бъдат отчетени чрез светлинен микроскоп или да бъдат преброени ръчно или с автоматичен брояч. Броят следи за единица повърхност е пряко пропорционален на концентрацията на радон, измерена в Bqh/m3. Коефициент за превръщане, получен посредством контролирана експозиция в съоръжение за калибриране, позволява конверсията на плътност на следите до концентрация на радон.

Алфа детекторите обикновено се използват за измервания с период на експозиция, вариращ от един месец до една година. Те не са чувствителни към влага, температура и фонова бета и гама радиация. Измерванията при много голяма надморска височина (над 2000 m) могат да изискват лека пренастройка, заради разликата в плътността на въздуха, която може да повлияе на разстоянията, които изминават алфа частиците. Чувствителността към торон може да бъде предотвратена чрез използването на камера с високо дифузионно съпротивление към газове, постъпващи в нея. С алфа детекторите е постижима минимална откриваема концентрация от 30 Bq/m3 за едномесечна експозиция.

Детектори с активен въглен

Детекторите с активен въглен са пасивни устройства, които се използват за измерване на радон във въздух в затворени помещения за период от 1 до 7 дена. Принципът им на работа се основава на адсорбция на радон върху активната повърхност на въглена. След пробовземане детекторът се запечатва, при което събраният радон и дъщерните му продукти достигат равновесие.

След 3-часов период на изчакване, колекторите могат да бъдат гама преброени директно или да бъдат аналитично подготвени за преброяване по сцинтилационен метод. При първата техника контейнерите съдържат 25-90 g активен въглен. При метода на алфа броене се използват 20-милилитрови сцинтилационни ампули, съдържащи 2-3 g активен въглен.

Контейнерите могат да бъдат отворени или да бъдат оборудвани с дифузионна бариера, която позволява измерване за 7-дневен период. Тъй като отговорът на устройствата с активен въглен зависи от влажността, те следва да се калибрират при различни нива на влажност. Те трябва да бъдат калибрирани и за спектъра от периоди на експозиция и очакваните температури. В случай че се смесят различни видове въглен, калибрирането може да не остане постоянно.

Този метод предоставя добра представа за средната концентрация на радон, само ако измененията й в изследвания период на експозиция са малки, тъй като активният въглен позволява непрекъсната адсорбция и десорбция на газа. Използването на дифузионна бариера намалява ефектите от течения и висока влажност. Детекторите трябва да бъдат предадени за анализ във възможно най-кратък срок след измерването, защото периодът на полуразпад на радона е 3,8 дни. По принцип, за стандартните детектори с активен въглен е постижима минимална откриваема концентрация от 20 Bq/m3 за период на експозиция от 2 до 7 дни.

Електретни йонни камери

Електретните йонни камери са пасивни устройства за измерване концентрацията на радон в затворени помещения. Електретът служи както като източник на електрическо поле, така и като сензор в йонната камера. Радонът, без дъщерните му продукти, постъпва в камерата чрез пасивна дифузия през входен отвор с филтър. Радиацията, която излъчват радонът и дъщерните му продукти, които се формират в камерата, йонизират въздуха в нея.

Отрицателните йони се събират от положително заредения електрет, който е разположен на дъното на камерата. Разрядът на електрета за определен времеви интервал е мярка за йонизацията по време на този интервал, а тя от своя страна е свързана с концентрацията на радон. Електретният разряд се измерва посредством наноконтактен четец.

Отчетената стойност, отнесена към фактор за продължителност и калибриране, дава концентрацията на радон в желаните мерни единици. Краткосрочните измервания на радон с електретни йонни камери продължават от 2 до 15 дни, а дългосрочните - от 3 до 12 месеца, при концентрация от 150 Bq/m3. Тези устройства се ползват в много държави и са с доказана точност и прецизност, в случай че се прилагат стандартни експлоатационни процедури (рутинна корекция на фоновата гама радиация, обезпрашаване на електрета и др.).

Електронни сензори

Повечето електронни сензори използват силициев датчик в твърдо състояние, затворен в дифузионна камера за преброяване на емитираните от дъщерните продукти на радона алфа частици. Заради малките размери на дифузионната камера, са необходими дълги периоди на измерване (повече от 2 дена), за да може да се получи стабилно отчитане на умерени концентрации на радон.

По-висока чувствителност може да се получи чрез пропускане на високо напрежение, което електростатично да събере заредените дъщерни продукти на радона посредством директен контакт с детектора. Високата влажност на въздуха може да повлияе на измерванията с този вид устройства. Минимално откриваема концентрация от 20 Bq/m3 е типична за 7-дневен период на експозиция. Повечето от електронните датчици предоставят възможност за рутинно калибриране.

Датчици за непрекъснат мониторинг

На пазара се предлагат няколко вида устройства за непрекъснат мониторинг, използващи различни видове сензори, включително сцинтилационни клетки, камери с йонизация на електрическия поток или твърди силициеви датчици. Тези измервателни уреди събират въздух за анализ посредством малка помпа или като пропускат въздух чрез дифузия в сензорна камера.

Всички устройства за непрекъснат мониторинг са с електрически схеми, предоставящи обобщени резултати и разпределен във времето запис, с помощта на който може да се изчисли концентрацията на радон за определени периоди. Различните видове сензори имат своите специфични предимства. Например, когато се използват твърди силициеви датчици, може да се приложи алфа спектрометрия, която осигурява разграничаване между радон и торон.

За да се елиминира чувствителността на сензора към влажността, понякога входящият въздух от помещението се изсушава. Обикновено, минимално откриваемата концентрация за тези устройства е 5 Bq/m3 при използване на стандартни методи. Уредите за непрекъснат мониторинг изискват рутинно прекалибриране, което да гарантира нормалното им функциониране и получаването на надеждни резултати.

Датчици за измерване на дъщерните продукти на радона

В някои сгради е измерена доста висока концентрация на торон (220Rn), която допринася за 50% или повече от общата потенциална концентрация на алфа енергия. Торонът обикновено се отделя от стените на сградите, и заради краткия си период на полуразпад, формира намаляващ концентрационен градиент към центъра на помещението.

За свеждане до минимум на грешките при измерване, дължащи се на това, е важно детекторите да се поставят поне на 20 cm разстояние от стената. С цел измерване на общата концентрация на радон и торон, или оценяване влиянието на торона върху измерването на радон, може да се проведе отделно определяне на торона.

Измерването на торон може да стане по няколко метода. Посредством двойните алфа детектори могат да бъдат измерени поотделно концентрациите на радон и торон. Тази техника използва две дифузионни камери с алфа детектори и разликата в периодите на полуразпад на торона (56 s) и радона (3,8 дни) за разграничаване на двата изотопа.

Едната камера с високо дифузионно съпротивление отчита само радона, а другата, която е с ниско дифузионно съпротивление, засича и радона, и торона. Концентрацията на торон може да бъде изчислена, ако е известна чувствителността на субстрата в алфа детекторите към радон и торон. Тъй като стойността за концентрацията на торон е резултат от разликата между две отчитания, неопределеността е по-висока, отколкото при единичните алфа детектори.

При друг метод за определяне концентрацията на дъщерни продукти на радона въздухът преминава през филтър, задържащ аерозоли, торон и други продукти от разпада на радон. След това въздушният поток преминава през камера и се изпуска през втори филтър, задържащ всички дъщерни продукти на радона, формирали се в камерата. За да се редуцират загубите по стените на камерата, дебитът трябва да бъде регулиран така, че да осигурява достатъчно формиране на дъщерни продукти на радона в оптимално оразмерена камера.

Методът за непрекъснат мониторинг на торон се основава на описаната вече техника - електростатично събиране на заредените дъщерни продукти на радона върху силициев датчик и последващо отчитане чрез алфа спектрометрия. При тези устройства обаче има значителен риск от висока неопределеност на измерванията, поради невъзможността за точно калибриране на датчика за краткия период на полуразпад на торона.

Важно е да се отбележи, че измерването на радон може да се повлияе от дъщерния продукт на торона 212Bi, който има същата алфа емитираща енергия от 6 MeV като дъщерния продукт на радона 218Po. Освен това, продуктът от разпада на торон 212Po, който отделя алфа частици с енергия от 8,8 MeV, може да се отрази на определянето на радон чрез броене на алфа частиците.

Устройствата за мониторинг, използвани в атмосфера с радон и торон, следва да бъдат настроени така, че да се елиминира рискът от този ефект. Поради факта, че концентрацията на торон в едно помещение не е хомогенна, е трудно да се определи представителността на измерванията.