Иванов Иван Иванович
Сидоров Сидор Сидорович
Томский политехнический университет
Петров Петр Петрович д.ф-м.н
ivanov@yandex.ru
Rn222 – радиоактивный газ природного происхождения, без цвета, запаха и вкуса. Радон является продуктом радиоактивного распада цепочки, основоположником которой является U238.
На кафедре Прикладной физики ФТФ уже несколько лет исследуется проблема переноса радона в почвах, грунтах и строительных материалах. Основываясь на теоретических достижениях и экспериментальных данных, молодые ученые и студенты опубликовали несколько десятков работ по радоновой тематике. Изучая процесс переноса радона с помощью новых, предложенных в работе [2-4] методов, был проведен ряд экспериментальных исследований в г. Томске и г. Барнауле.
В данной работе приведена попытка сравнения теоретического и экспериментального методов оценки плотности потока радона. Первый метод - это мгновенный метод определения равновесной объемной активности в почвенном воздухе. В данном эксперименте был использован радиометр Alpha-GUARD и пробоотборное устройство. Следуя аттестованной методике, забивали шпур на глубину 70 см, с помощью насоса прокачивали воздух через накопительную камеру Alpha-GUARD и через 20 минут (выбранное время экспозиции) получали значения объемной активности радона в почвенном воздухе. Затем на расстоянии 50 см забивали шпур на глубину 35 см и проводили аналогичное измерение. На одном участке было выбрано от 3 до 6 точек.
На этой же территории проводили измерения плотности потока радона с поверхности земли путем абсорбции на активированном древесном угле в течение 2-5 часов. Расстояние между пробами составляло около 50 метров. Далее производили спектрометрию абсорбированного радона в лабораторных условиях по продуктам распада полония, висмута и свинца. В каждой исследуемой точке была измерена мощность зкспозиционной дозы с помощью ДБГ-06, которая составила не более 18 мЗв/ч, что соответствует фоновому значению.
Известно, что широко распространены различные теоретические методы определения плотности потока радона, основанные на диффузионно-конвективной модели переноса радона в пористых средах. Это связано, в основном, с тем, что оборудование для измерения плотности потока радона дорогое, а также вопрос о суммарной погрешности метода измерения до сих пор нерешен.
Поэтому, следующим методом нашего исследования является теоретический метод. Это запатентованный способ определения потока радона с поверхности земли, подробно описанный в [3]. Метод основан на замене реальной дисперсной среды со сплошной средой с эффективными параметрами. В стационарном случае одномерное диффузионно-конвективное уравнение переноса радона имеет вид:
, (1)
где А-поровая активность радона, приходящаяся на единицу объема порового пространства, Бк/м3, υ-скорость конвективного переноса радона, см/с; De=D/η-эффективный коэффициент диффузии радона, см2/с; λ-постоянная распада радона, с-1; А∞-поровая активность радона, находящегося в радиоактивном равновесии с Ra226, равная
, (2)
где Kem-коэффициент эманирования, отн. ед; ARa-удельная активность Ra226, Бк/г; ρs-плотность твердых частиц грунта, г/см3; η-пористость грунта.
Поскольку данная тема находится на стыке нескольких научных направлений, необходим комплексный подход к рассмотрению закономерностей переноса радона и уточнение физических процессов, включенных в диффузионный и конвективный механизмы.
Для исследования с помощью теоретического метода конвективной составляющей потока радона необходимо знать ряд стандартных характеристик почв: тип грунта, пористость.
Наиболее хорошая сходимость результатов по двум методам получена, как и ожидалось, где состав почв имеет сплошную среду. Результаты, полученные на других участках, не поддаются обработке с помощью выбранного теоретического метода. Объяснением этого могут быть разные причины: 1- неоднородность почв, 2- мгновенный метод , 3- неблагоприятные климатические условия (увлажнение почвы). Если учесть и устранить все перечисленные факторы, в будущем можно будет получить более достоверные данные. Планируется в весенне-летний период провести повторный ряд измерений и исследований этого же района г. Барнаула, а также ряд районов г. Томска.
Список публикаций:
1. Титов В.К., Лашков Б.П., Черник Д.А. Экспрессные определения радона в почвах и зданиях. СПб, ВИРГ,1992, 40с.
2. Яковлева В.С., Рыжакова Н.К. Метод оценки плотности потока радона с поверхности земли по измеренной концентрации радона в почвенном воздухе.
3. Рыжакова Н.К., Яковлева В.С. Способ определения потока радона с поверхности земли. Патент РФ №2212688 от 20.09.2003.
4. Яковлева В.С., Рыжакова Н.К. Способ измерения установившейся равновесной объемной активности радона в почвенном воздухе. Патент РФ №2212689 от 20.09.2003.