Az utóbbi évtizedekben a radon egészségre gyakorolt káros hatásának vizsgálata mellett felmerült az igény a radonnak való kitettség becslésére, radon szintek mérésére, illetve, ha szükséges, a csökkentésére.

Ha felmerül a gyanú, hogy a lakás légterében jelentősebb mennyiségű radon van, érdemes megméretni annak koncentrációját. Ehhez a szakemberek egy ún. detektort vagy mérőműszert helyeznek el az épületben rövidebb vagy hosszabb időtartamra. A mérések javasolt minimális időtartama 3-5 nap a napszakos ingadozásból adódó különbségek kiátlagolása érdekében a radon feldúsulásának sebességéről szerzett információk alapján. Ez idő alatt javasolt a szellőztetés elkerülése az átlagos radon-koncentráció konzervatív becslése érdekében.

Az időjárásból és lakáshasználat módjából adódó változások jobban kiegyenlítik egymást, ha a mérési időt hosszabbnak választják: a nemzetközi tapasztalatok alapján 3 hónapos, 6 hónapos, illetve 1 éves mérési időtartam javasolt. Ekkora idő azonban gyakran nem áll rendelkezésre a méréshez. Az expozíciós kockázat megbízható becsléséhez azonban mindenképp a hosszú idejű mérésekből származó eredmények használandók.

A beltéri radon koncentráció évszakos változásait nyomon követő, 1 éven át tartó (4 x 3 hónapos) mérését ún. passzív, integratív detektorokkal érdemes elvégezni. Erről az „Országos Radon Program” <ugrás az „Országos Radon Program” menüpontra> menüpont alatt olvashat bővebben.

4.1. Passzív radon mérési módszerek

A kivitelezési mód szempontjából aktív és passzív radon mérési módszereket lehet megkülönböztetni. Az aktív módszerek esetében mérőműszerrel történik a mérés és azonnali az adatfeldolgozás (hátránya, hogy nem ad hosszú távú statisztikai adatokat). A passzív módszernél egy indikátor anyag állapotának megváltozásából következtetünk vissza az expozícióra (hátránya, hogy nem tudunk az adatokból a radon szint változására következtetni), a kiértékelésre utólagosan kerül sor. Radon mérést végezhetünk beltéri levegőből, de történhet talajgázból, vízből vagy külső légtérben.

A passzív mérési módszerek közös jellemzője, hogy általában hosszú idejű (minimum néhány hetes, de jellemzően néhány hónapos) méréseknél alkalmazzák, olcsóbbak, és egyidejűleg sok helyszínen megvalósítható velük a mérés. A kiértékelésükhöz laboratóriumi háttérre van szükség. A vizsgálat eredményeként a teljes vizsgált időszakra jellemző összegzett dózist tudjuk meghatározni. Ezt az expozíciót elosztva a vizsgálati idővel kapjuk a teljes mérési időre vonatkozó átlagos radon-koncentrációt. Ily módon ez a módszer a radon-koncentráció gyors időbeli változásáról nem ad információt. A kihelyezés és a begyűjtés időpontját (hónap, nap, óra) gondosan fel kell jegyezni, mert csak így számítható ki az expozíciós idő. A detektorokat a vizsgálat előtt és annak befejezése után védeni kell minden további radon-expozíciótól. A nyomdetektorokat pl. egy, a radon számára nem átjárható, többrétegű alumínium-műanyag fóliába hegesztik a gyártás során. A mérés a fólia felbontásával kezdődik. A begyűjtés után, a visszaküldéshez a detektorokat szintén jól be kell csomagolni (lehetőség szerint alufóliába), hogy a kiértékelésig ne érje őket további radon-expozíció.

A passzív detektorok típusa: nyomdetektorok, elektret ionizációs kamrák, aktív szenes patronok.

A nyomdetektorok

A CR-39 típusú nyomdetektor

A radon-koncentrációk hosszú idejű integráló mérésére elterjedten használják az ún. maratott nyomdetektorokat. A detektor egy 1-2 cm² felületű, allil-diglikol-karbonát anyagú (CR-39),
1-2 mm vastagságú lap, amelyet egy speciális kialakítású, legtöbbször hengeres vagy félgömb alakú műanyag tokban, ún. diffúziós kamrában helyeznek el. A detektorok a mérést megelőzően egy, a radon számára nem átjárható fóliába vannak behegesztve. A kihelyezett detektor kamrájába a radon diffúzióval jut be apró réseken keresztül. A rések kialakítása biztosítja, hogy a radon bomlástermékei nem, csak a radon tud bejutni a kamra belsejébe. A kamra megóvja a detektort más, nem gáznemű alfa-sugárzó részecskék bejutásától. Kialakítása folytán semmilyen sugárzást vagy kémiai anyagot nem bocsát ki magából és nem lép reakcióba a környezetével.

A kamrában lévő radon bomlásakor keletkező alfa-részecskék a detektor lapka felületének ütközve sérüléseket, ún. látens nyomokat hoznak létre azon. A látens nyomok száma arányos a teljes expozíciós idő alatt a kamrába bediffundáló radon mennyiségével. Az expozíciós időtartam ajánlottan 2-3, de minimum 1 hónap. Szükség esetén hosszabb időtartamra (6 hónap – 1 év) is kihelyezhető. A diffúziós kamrákat visszaküldve a laboratóriumba történik a feldolgozásuk, kellő mennyiség összegyűjtése után. A kiértékelés előtt a detektor lapokat a kamrából kivéve 90°C-os, 6,25 mol/l töménységű NaOH oldatban szükséges maratni 4-5 órán keresztül. A maratás során a detektor lap feloldódása a sérült részeken gyorsabb, mint az ép részeken, ami látens nyomok növekedését eredményezi.

Az előkészítés után a nyomok leszámlálása legtöbbször egy optikai mikroszkóp és egy képelemző program segítségével történik. A beállított mérési protokoll határozza meg, hogy milyen formájú és méretű nyomok kerülnek leszámlálásra. A detektor által mért radon-koncentráció a kapott nyomsűrűség [nyom/mm²], kalibrációs faktor (CF, [(kBq·h/m³)/(nyom/mm²)]) és az expozíciós idő [h] alapján számítható. A nyomsűrűség leszámlálása többször megismételhető, így annak eredményeiből szórás számítható. A már maratott detektor többé nem használható fel újból helyszíni mérésre.

LR-115

A CR-39 mellett a másik általánosan használt detektor típus az LR-115-tel jelölt cellulóz nitrát. A detektor felülete sokkal nagyobb: 8,5 cm² (34×25 mm). A detektor lapot elhelyezhetik zárt kamrában és használják nyitottan is. A zárt kamrában 2 detektort helyeznek el, amelyeket egy 20 µm vastagságú alumíniummal bevont polikarbonát fólia tart össze. Ezen még képes áthatolni az alfa-részecske. A nyitott elrendezésű detektornál a kamra sík kialakítású, a mérés a kamra kinyitásával kezdődik meg. A detektor működési és a kiértékelési módjának elve azonos a CR-39 detektoroknál leírtakkal.

Elektret ionizációs kamra

Az elektret ionizációs kamrák működése azon alapul, hogy egy speciális kialakítású, előre feltöltött kondenzátort kisüt a fegyverzetei között elbomló radon és leányelemeitől származó alfa- és béta-sugárzás. A töltésvesztés mértéke arányos a bejutó radon koncentrációjával.

Az E-Perm elektret ionizációs kamra két részből áll. Az egyik komponense egy elektromosan vezető plasztikból készített, speciális kialakítású és formájú ionizációs kamra. A mérőegység másik komponense az elektret, ami egy elektromosan vezető plasztik tartóba épített pozitív töltésű speciális teflon lemez.

A mérés során az elektretet az ionizációs kamrába helyezik be. Az elektret és az ionizációs kamra fala közötti potenciálkülönbség hatására a kamrában statikus elektromos erőtér jön létre. Az expozíciós időtartam alatt a levegő diffúziós áramlással jut az ionizációs kamrába egy filteren keresztül, amelynek feladata a radon bomlástermékeket hordozó aeroszolok kiszűrése.

Az ionizációs kamrába bejutó, levegőben lévő radon és annak bomlásából származó leányelemei a bomlásuk során alfa- és béta-részecskéket bocsátanak ki, amelyek ionizálják a levegőt pozitív és negatív töltésű ionokat hozva létre. A negatív töltésű ionok a pozitív töltésű teflon lemez (anód) felé mozdulnak el és átadva töltésüket arányos mértékben kisütik azt. A kisülés mértéke (az elektromos töltés csökkenése) arányos az expozíciós idővel és a bejutó radon koncentrációjával.

Ez a típusú detektor minimum 1 hetes, de akár több hónapos méréshez is használható. Az expozíció végén légmentesen le kell zárni a kamrát és visszajuttatni a kiértékelést végző laboratóriumba. Az elektret töltöttségének kiolvasására egy voltmérő szolgál. A töltöttséget a kihelyezés előtt és után is meg kell mérni. A radon-koncentráció a töltés csökkenéséből számítható az előzetesen meghatározott kalibrációs faktor (CF, [(V/h)/(Bq/m³)]) segítségével.

A módszer elvéből következik, hogy a detektor érzékeny a környezeti gamma-sugárzásra is, mivel az ionizációs kamrán keresztül áthatoló gamma-sugárzás is képes ionizálni a levegőt, ami szintén az elektret kisülését eredményezi. A radon méréssel egyidejűleg a gamma-dózisteljesítményt is mérni kell és korrekcióba venni a radon-koncentráció számításakor.

Aktív szén patronos mérés

A radon könnyen adszorbeálódik az aktív szén felületén. Ezt a tulajdonságát használják ki a levegő radon tartalmának monitorozásához. Ezen detektorok használata leginkább az USA-ban terjedt el.

A méréshez használt aktív szenet egy tartóedényben, egy zárható szén patronba töltik bele, amelynek fala nem átjárható a radon számára (pl. fém). A mérés előtt érdemes az aktív szenet kifűteni, majd a tartót légmentesen lezárni. Annak érdekében, hogy a mérés kezdetéig radon gáz ne kerülhessen be a patronba, a fedél és a tartó csatlakozását szilikon alapú szalaggal biztosítják.

A mérés a tartó fedél levételével kezdődik. Az expozíciós idő leteltével a tartót légmentesen vissza kell zárni. Az expozíciós idő általában 7 nap, de lehet 2 hét is. A minta elemzése a laboratóriumban gamma-spektrometriai módszerrel történik. A mérés célja a béta- és gamma-bomló radon leányelemek (²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi) koncentrációjának meghatározása. A mintavétel befejezése és a mérés között minimum 3 órának (200 perc) kell eltelnie a radon és leányelemei közötti egyensúly beállásához. A radon-koncentráció a mérési eredményként kapott, adott energia tartományba eső beütésszám gyakoriságból egy kalibrációs faktor (CF, [(1/s)/(Bq/m³)]) alkalmazásával számítható.

Az aktív szén töltet egy hónap pihentetés után újra használható, mert ennyi idő alatt kellő mértékben lebomlanak benne a ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi radioizotópok.

Táblázat: Passzív radon mérési módszerek összehasonlítása

4.2. 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 megjelentek 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 DF2000

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 pumpa szerepe csak a kamrán belüli légcsere felgyorsításában van, 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

Táblázat: 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