ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΡΑΔΙΟΛΟΓΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΖΕΟΛΙΘΟΥ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΡΑΔΙΟΛΟΓΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΖΕΟΛΙΘΟΥ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Καλαϊτζής Απόστολος Πτυχιακή Εργασία Επιβλέπων καθηγητής: Στούλος Στυλιανός Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2016

2

Περίληψη Προκειμένου να καθοριστούν τα όρια της χρήσης ενός υλικού, είναι απαραίτητo να ληφθούν υπ όψιν οι επιπτώσεις της. Η παρούσα εργασία μελετά τα επίπεδα φυσικής ραδιενέργειας που υπάρχουν στους ζεόλιθους. Υπολογίζονται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της γ- φασματοσκοπίας η συγκέντρωση ενεργότητας του ραδίου και των φυσικών ραδιονουκλιδίων, παράλληλα με τον παράγοντα απορροής ραδονίου και την επίδραση της κοκκομετρίας σε αυτόν. Για την πραγματοποίηση των μετρήσεων χρησιμοποιήθηκαν δείγματα που αφορούν περιβαλλοντικές χρήσεις των ζεόλιθων στη βελτίωση του εδάφους, στα συμπληρώματα διατροφής και στα οικοδομικά υλικά. Έγινε η μελέτη της δοσιμετρίας αυτών των χρήσεων και εκτιμήθηκαν τα όριά τους για εσωτερική και εξωτερική έκθεση σε ακτινοβολία. 3

Abstract In order to define the limits of usage of a material, it is necessary to consider its consequences. This present work studies the levels of natural radioactivity from zeolites. Using gamma-ray spectrometry the activity concentration of radium and natural radionuclides has been calculated, alongside with the radon emanation factor and the effect of granulometry on it. For the transaction of the measurements there were used samples that occur environmental uses of zeolites in soil improvement, in dietary supplements and in building materials. The dosimetry of these uses was studied and their limits for internal and external radiation exposure were evaluated. 4

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 7 1.1 Ο ζεόλιθος ως υλικό 7 1.2 Χρήσεις του ζεόλιθου στο περιβάλλον 9 1.2.1 Οικοδομικά υλικά 10 1.2.2 Εφαρμογές στην ιατρική διατροφολογία 10 1.2.3 Εφαρμογές στη γεωργία 11 1.3 Φυσική ραδιενέργεια ζεόλιθων 11 1.3.1 Φυσικές ραδιενεργές σειρές 238 U, 232 Th 11 1.3.2 Ραδόνιο 14 2.ΡΑΔΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ 18 2.1 Εξωτερική ακτινοβολία 18 2.2 Εσωτερική ακτινοβολία 20 3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ 23 3.1 Επεξεργασία δειγμάτων 23 3.2 Φασματοσκοπία ακτίνων γάμμα 24 3.2.1 Απόδοση μέτρησης του συστήματος γ-φασματοσκοπίας 27 3.3 Προσδιορισμός του παράγοντα απορροής ραδονίου 29 4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ - ΣΥΖΗΤΗΣΗ 30 4.1 Φυσική ραδιενέργεια ζεόλιθων 30 4.1.1 Παράγοντας απορροής ραδονίου από δείγματα ζεόλιθων 33 4.2 Δοσιμετρική μελέτη της χρήσης ζεόλιθου 37 4.2.1 Χρήση ζεόλιθου ως βελτιωτικό εδάφους 37 4.2.2 Χρήση ζεόλιθου ως συμπλήρωμα διατροφής - κατάποση 39 4.2.3 Χρήση ζεόλιθου ως οικοδομικό υλικό 40 4.2.3.1 Εσωτερική ακτινοβόληση 41 4.2.3.2 Εξωτερική ακτινοβόληση 45 5. ΣΥΝΟΨΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 50 Βιβλιογραφία 54 5

6

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι ζεόλιθοι είναι ένυδρα αργιλοπυριτικά υλικά αλκαλίων ή αλκαλικών γαιών με χαρακτηριστική αναλογία (Al + Si):O =1/2 και αντιστρεπτή απώλεια H 2 O (Willard Lincoln Roberts, encyclopedia of minerals). Το χαρακτηριστικό τους είναι η σύνθετη τρισδιάστατη δομή τους, με μεγάλες κοιλότητες, που μπορούν να φιλοξενήσουν κατιόντα: νάτριο, κάλιο, ασβέστιο, μόρια νερού ακόμη και οργανικά μόρια. Η λέξη ζεόλιθος προέρχεται από τις αρχαιοελληνικές λέξεις ζέω (βράζω) και λίθος (πέτρα). Η πρώτη τους παρατήρηση έγινε το 1756 από τον Σουηδό Axel Cronstedt, ο οποίος αναφέρει ότι είδε μία πέτρα να «βράζει» κατά τη θέρμανση παράγοντας υδρατμούς. Η δομή τους είναι ευμετάβλητη και για αυτό το λόγο υπάρχουν πάνω από 40 τύποι φυσικών ζεόλιθων και 191 μοναδικοί τύποι σκελετού ζεόλιθου από το εργαστήριο (2008). Η κύρια ιδιότητά τους είναι οι μεγάλες κοιλότητες και η δυνατότητα απομάκρυνσης ή ανταλλαγής ιόντων από μία ουσία. Αναφέρονται και ως «μοριακά κόσκινα» («molecular sieves»). Η ένταξη των ζεόλιθων στη βιομηχανία έγινε το 1954 για βιομηχανικό διαχωρισμό ή κάθαρση. Λόγω των ιδιοτήτων που αναφέρθηκαν και όπως προκύπτει και από τα είδη που έχουν εφευρεθεί, η παγκόσμια παραγωγή των υλικών αυτών αναπτύχθηκε ραγδαία φτάνοντας τους 2.5 με 3 εκατομμύρια τόνους για το 2008. 1.1. Ο ζεόλιθος ως υλικό Ο γενικός χημικός τύπος είναι: M x D y [Al x+2y Si n-(x+2y) O 2n ] mh 2 O, όπου M, D μονοσθενή ή δισθενή κατιόντα αντίστοιχα. Η γενική μορφή ενός ζεόλιθου επιτρέπει μια μεγάλη χημική μεταβλητότητα, με το μοναδικό περιορισμό να είναι ο κανόνας του Lowenstein (Si Al). Ένα σύνηθες χαρακτηριστικό της χημικής σύνθεσης είναι η παρουσία O, Si, Al, Ca, Mg, Ba, Na, K, και H ως θεμελιωδών στοιχείων και η εμφάνιση Fe, Sr, Li, Be, Cs, Cu, Pb ως περιστασιακά ή υποδεέστερα στοιχεία. Η δομή των ζεόλιθων βασίζεται σε τρισδιάστατους σκελετούς πυριτικών και αργιλικών τετραέδρων. Ιόντα πυριτίου περιβάλλονται από τέσσερα ιόντα οξυγόνου διαμορφώνοντας ένα τετράεδρο. Κάθε ιόν οξυγόνου συνδέεται σε δύο γειτονικά ιόντα πυριτίου, συνδέοντάς τα. Στην περίπτωση του αργιλίου που έχει ένα ηλεκτρόνιο λιγότερο, προκειμένου να διατηρηθεί η τετραεδρική δομή, αυτό το ηλεκτρόνιο το προσφέρει ένα άτομο νατρίου που φορτίζεται θετικά και εγκαθίσταται μέσα στο αρχικό πλέγμα. Τα τετράεδρα αυτά σχηματίζουν πολυεδρικά συμπλέγματα (μονάδες) που και αυτά με τη σειρά τους σχηματίζουν το 7

σκελετό. Ο τελικός σκελετός ενός ζεόλιθου έχει αρνητικό φορτίο, αυξανόμενο μάλιστα με τη μείωση της αναλογίας Si/Al, κάτι που τον καθιστά εξαιρετικό στην προσέλκυση κατιόντων στις κοιλότητές του. Τα κατιόντα είναι αυτά που εξισορροπούν το αρνητικό φορτίο. Οι ζεόλιθοι είναι αραιά πυριτικά υλικά σε σχέση με άλλα: το 20% - 50% του όγκου τους είναι κενό. Στην Εικόνα 1 βλέπουμε κάποιες τυπικές δομές ζεόλιθου. Εικόνα 1 Κάποιοι τύποι ζεόλιθου μπορούν να θερμανθούν μέxρι την πλήρη αφυδάτωσή τους, χωρίς να υπάρξει κάποια αλλοίωση στο σκελετό τους, ενώ άλλοι υπόκεινται σε διάφορες μεταμορφώσεις. Αυτό καθιστά εύκολη την απαλλαγή των υλικών αυτών από την υγρασία, την οποία λόγω δομής τόσο εύκολα προσλαμβάνουν. Ενδεικτικά, κάποια από τα δείγματα του εργαστηρίου μέσα σε μία μέρα μετά την ξήρανση, πήραν μέχρι και 1-2 % του βάρους τους σε υγρασία! Όπως αναφέρεται παραπάνω, το συνολικό αρνητικό φορτίο και οι μεγάλες κενές κοιλότητες προσδίδουν στους ζεόλιθους την ικανότητα να απορροφούν κατιόντα ή να ανταλλάσσουν τα κατιόντα τους (βλ. δομή ) με άλλα, χωρίς να τα απελευθερώνουν στο περιβάλλον άμεσα, κάτι που αποτελεί και ένα μεγάλο κλάδο των βιομηχανικών τους χρήσεων. Τα κατιόντα που έχει αποδειχθεί ότι απορροφούνται ή ανταλλάσσονται είναι: K +, Na +, Ca 2+, NH + 4. Για αυτό το λόγο και διάφοροι τύποι ζεόλιθου έχουν αναπτυχθεί για ανταλλαγή συγκεκριμένου κατιόντος (βλ. χρήσεις ζεόλιθου). Κύριος παράγοντας επιλογής είναι οι διαστάσεις των πόρων στο πλέγμα, συγκριτικά με τις διαστάσεις του κατιόντος που απορροφάται ή ανταλλάσσεται. Αυτή η ιδιότητα χρησιμεύει και για την απομάκρυνση ραδιονουκλιδίων, όπως το 137 Cs + (30,3 yr) και το βραχύβιο θυγατρικό του 137m Ba 2+ (2,55 min), 135 Cs + (2,3 x 10 3 yr), 90 Sr 2+ (29,1 yr), ενώ υπάρχουν και περιορισμένες έρευνες σε άλλα ραδιονουκλίδια, όπως το 226 Ra 2+ (1990: 8

Meijer, 1987: Thomas, 1989: Bish and Chipera). Πιο συγκεκριμένα, ο συντελεστής ισορροπίας στην ανταλλαγή κατιόντων, K D, έχει υπολογιστεί για το Cs από 10 3 μέχρι 6x10 4 ml/g σε κάποια ζεολιθικά πετρώματα, ενώ άλλες έρευνες υποδεικνύουν ότι για τιμές του K D μεγαλύτερες από 10 2 ml/g, η απόδοση είναι μεγαλύτερη από την επαρκή απόθεση των κατιόντων αυτών κατά τη διάρκεια ζωής τους σε αποθήκη. Ενδείξεις ύπαρξης ζεόλιθου γενικά έχουν βρεθεί α) στο έδαφος, όπου ταξινομούνται ως pedogenic και lithogenic, ανάλογα με το αν έχουν υποστεί βιογεωχημικές τροποποιήσεις στη δομή τους (pedogenic) ή όχι (lithogenic), β) σε συνύπαρξη με γυάλινα σφαιρίδια, γ) σε ηφαιστιογενείς βασαλτικές περιοχές, δ) σε σκόνη από air fall (Πλειστόκαινος εποχή), ε) σε ποτάμιες εναποθέσεις άμμου. Οι περιοχές που μπορεί να συναντήσει κανείς πετρώματα ή σκόνη ή οποιαδήποτε άλλη μορφή ή δομή ζεόλιθου είναι πολλές, παρακάτω απλά θα αναφερθούν κάποιες ενδεικτικά: - Αυστραλία (επαρχία Drummond κεντρική Queensland, επαρχία New England) - Η.Π.Α. (Αλαμπάμα, Μισσισίπη, Όρεγκον, Τέξας, Γιούτα κ.ά.) - Ιταλία - Πολωνία - Δανία - Ρουμανία - Αγγλία - Ουγγαρία - Γαλλία - Ελλάδα (Πετρωτά Τρίγωνο Ορεστιάδας, Σάμος) - Κένυα - Τανζανία 1.2. Χρήσεις ζεόλιθου στο περιβάλλον Όπως αναφέρεται παραπάνω, η μεγάλη μεταβλητότητα που έχουν οι ζεόλιθοι σαν κατηγορία υλικών, ανοίγει μεγάλο εύρος εφαρμογών στη βιομηχανία. Εφαρμογές που χρησιμοποιούν ζεόλιθους κάνουν χρήση μιας (ή περισσότερες) από τις ιδιότητες που αναφέρθηκαν και παραπάνω: ανταλλαγή κατιόντων, προσρόφηση και σχετικό μοριακό κοσκίνισμα, κατάλυση, αφυδάτωση και ενυδάτωση και βιολογική δραστικότητα. Οι ζεόλιθοι χρησιμοποιούνται για την απασβέστωση του νερού (αποσκλήρυνση), ως ανταλλάκτης ιόντων (κυρίως για διαχείριση υδάτινων αποβλήτων), για την αναπλήρωση εδάφους (ζεοπονική) στην κηπουρική, ως απορροφητής για ραδιονουκλίδια (κυρίως Sr, Cs) στην 9

πυρηνική βιομηχανία αλλά και στον καθαρισμό περιοχών μετά από πυρηνικά ατυχήματα (π.χ. Chernobyl), στην καλλιέργεια ως βελτιωτικό εδάφους (ρύθμιση ph καθώς και άλλες χρήσεις), ως συμπλήρωμα διατροφής σε ανθρώπους και ζώα και στα οικοδομικά υλικά. Οι τελευταίες τρεις χρήσεις θα αναλυθούν λεπτομερέστερα παρακάτω. Τα πρώτα πειράματα που έγιναν για τη διαχείριση πυρηνικών αποβλήτων στόχευσαν στη συγκέντρωση 137 Cs και 90 Sr από χαμηλής επικινδυνότητας απόβλητα πυρηνικών αντιδραστήρων και στην τοποθέτησή τους σε αποθήκες που ανοίχτηκαν σε ζεόλιθους. Οι ζεόλιθοι που δε διέθεταν άλλο χώρο για απόβλητα μεταμορφώθηκαν σε σκυρόδεμα, γυαλί ή κεραμικό και αποθηκεύονταν επ αόριστον. Οι φυσικοί ζεόλιθοι έχουν ανώτερη επιλεκτικότητα για ορισμένα ραδιονουκλίδια ( 137 Cs, 90 Sr, 60 Co, 45 Ca, 51 Cr, κ.ά.) σε σχέση με τα οργανικά ρετσίνια που χρησιμοποιούνται, είναι φθηνότεροι και πιο ανθεκτικοί στην πυρηνική αποδιέγερση. 1.2.1. Οικοδομικά υλικά Αποϋαλοποιημένη ηφαιστειακή στάχτη και τροποποιημένη ηφαιστειακή τέφρα χρησιμοποιείται εδώ και 2000 χρόνια ως ελαφριά επεξεργασμένη πέτρα. Μόνο μετά το 1950 όμως ανακαλύφθηκε η ζεολιθική της φύση! Η χαμηλή τους πυκνότητα, το υψηλό πορώδες, και η σφιχτή τους δομή τις καθιστά εύκολες στο να πριονιστούν σε φθηνά οικοδομικά τούβλα. Από την αρχαία Ρώμη χρησιμοποιούνταν ποζολανικές πρώτες ύλες. Παρόμοια υλικά χρησιμοποιούνται και σε πολλές περιοχές τις Ευρώπης για παραγωγή τσιμέντου. Η μεγάλη περιεκτικότητα σε πυρίτιο εξουδετερώνει την περίσσεια ασβεστίου που παράγεται κατά τη σύνθεση του σκυροδέματος. 1.2.2 Εφαρμογές στην ιατρική - διατροφολογία Διάφορα είδη ζεόλιθου βρέθηκε ότι είναι αποτελεσματικά μέσα για το φιλτράρισμα του υγρού διάλυσης σε ασθενείς με πρόβλημα στα νεφρά που βρίσκονται σε αιμοδιάλυση, αφήνοντας το καθαρό αλατούχο διάλυμα να χρησιμοποιηθεί επανειλημμένα. Οι ζεόλιθοι, ειδικά τα φυσικά είδη, είναι ουσιαστικά πιο φθηνοί από το φωσφορικό άλας του ζιρκονίου που ήδη χρησιμοποιείται για ανταλλαγή ιόντων. Στην Κούβα, χρησιμοποιούνται ζεόλιθοι ως ρυθμιστές για τη μείωση της οξύτητας του στομαχιού. Στην περίπτωση της ανθρώπινης διατροφής, έχει παρατηρηθεί ότι 10

η χρήση ζεόλιθων ως συμπλήρωμα βοηθά στην απομάκρυνση των βλαβερών ριζών, των βαρέων μετάλλων και των τοξινών, με τελικό σκοπό την αποτοξίνωση του οργανισμού. Πωλείται σε μορφή σκόνης και καταναλώνεται σε υδατικό διάλυμα. Η προτεινόμενη δοσοληψία κυμαίνεται από 1 έως 3 gr 1 ημερησίως (zeolithos med). 1.2.3 Εφαρμογές στην γεωργία Η βασική του ικανότητα να δεσμεύει ιόντα στις κενές του κοιλότητες καθιστά τα φυσικά είδη ζεόλιθου σημαντικό συστατικό μιας βιολογικής καλλιέργειας. Μεταξύ άλλων, δεσμεύει τα θρεπτικά συστατικά των λιπασμάτων και τα κρατά κοντά στο ριζικό σύστημα, δεσμεύει την υγρασία μειώνοντας έτσι το ρυθμό ποτίσματος και αποτρέποντας τη δημιουργία ξηρών σημείων στο χώμα, βελτιώνει τον αερισμό του εδάφους, βοηθά στην εξισορρόπηση του ph του εδάφους προωθώντας την ισορροπία των αλκαλικών μετάλλων, απορροφά και παγιδεύει τις τοξικές προσμίξεις. Έχουν παρατηρηθεί καλλιέργειες με αύξηση παραγωγής από 30% έως και 70% (zeolithos ellada). Η συνηθισμένη διαδικασία είναι η μερική αντικατάσταση χώματος με το βελτιωτικό εδάφους και στη συνέχεια η ανάμιξή τους. Υπάρχουν διάφορες προτεινόμενες ποσότητες για κάθε καλλιέργεια, ενδεικτικά αναφέρεται η περίπτωση των δημητριακών, όπου η προτεινόμενη ποσότητα κυμαίνεται από 75 100 kg ανά στρέμμα (zeolithos ellada). 1.3 Φυσική ραδιενέργεια ζεόλιθων Οι ζεόλιθοι, ως φυσικά ορυκτά που εντοπίζονται σε διάφορα βάθη και περιοχές του εδάφους και του υδάτινου περιβάλλοντος (βλέπε σχετική παράγραφο), εγκλωβίζουν στο εσωτερικό τους φυσικά ραδιονουκλίδια που προέρχονται από τις τρεις ραδιενεργές σειρές του 238 U, του 235 U και του 232 Th και ως εκ τούτου, εκπέμπουν ραδιενέργεια. Σε αυτήν την ενότητα θα μελετηθούν οι ραδιενεργές σειρές και άρα τα πιθανά ραδιονουκλίδια που εγκλωβίζονται σε μια ζεολιθική δομή και θα γίνει μια εκτενέστερη αναφορά στο ραδόνιο, λόγω της μεγάλης του συνεισφοράς στην ετήσια δόση που προέρχεται από φυσικές πηγές. 1.3.1. Φυσικές ραδιενεργές σειρές 238 U, 232 Th Οι φυσικές ραδιενεργές σειρές αποτελούνται από τα προϊόντα διάσπασης τριών (μητρικών) νουκλιδίων: του 238 U, του 235 U και του 232 Th 11

καθώς και από αυτά τα νουκλίδια. Το κάθε ένα ορίζει τη ραδιενεργό σειρά του ουρανίου ( 238 U), του ακτινίου ( 235 U) και του θορίου ( 232 Th). Ο χρόνος ημισείας ζωής του κάθε μητρικού ισοτόπου είναι συγκρίσιμος με τη γεωλογική ηλικία της Γης (10 9 έτη), γι αυτό όλα τα μέλη των σειρών είναι σήμερα ανιχνεύσιμα στη φύση. Φέρεται να υπήρχε και τέταρτη σειρά, αυτή του 237 Np, αλλά λόγω μικρού χρόνου ημισείας ζωής έχει εξαφανιστεί αφήνοντας τελικό προϊόν το 209 Bi. Όλες οι ραδιενεργές σειρές καταλήγουν σε ένα από τα ισότοπα Pb με πολύ μεγάλο χρόνο ημισείας ζωής (θεωρούνται σταθερά). Επίσης όλες οι σειρές έχουν ένα ραδιενεργό αέριο, δηλαδή ένα από τα ισότοπα του ραδονίου (Σχήμα 2.1). Όπως φαίνεται και στην Εικόνα 1.3α, το 222 Rn (ραδόνιο) παράγεται κατά την άλφα διάσπαση του 226 Ra και στη συνέχεια διασπάται και αυτό με άλφα διάσπαση δίνοντας ένα σύνολο ραδιονουκλιδίων, τα θυγατρικά ισότοπα του ραδονίου. Αυτά χωρίζονται σε βραχύβια: 218 Po, 214 Pb, 214 Bi και 210 Po, με χρόνους ημισείας ζωής μικρότερους των 30 min και μακρόβια: 210 Pb, 210 Bi και 210 Po με χρόνους ημισείας ζωής μεγαλύτερους της μίας ημέρας. Το 220 Rn (θορόνιο, Εικόνα 1.3β) παράγεται κατά την άλφα διάσπαση του 224 Ra και δίνει μια σειρά από άλλα τέσσερα βραχύβια ισότοπα, από τα οποία σημαντικότερο είναι ο 212 Pb. Το 219 Rn (ακτινόνιο, Εικόνα 1.3γ) παράγεται κατά την άλφα διάσπαση του 223 Ra, με χρόνο ημισείας ζωής 3,96 δευτερόλεπτα. Εικόνα 1.3α Ραδιενεργός σειρά του 238 U 12

Εικόνα 1.3β Ραδιενεργός σειρά του 232 Th Εικόνα 1.3γ - Ραδιενεργός σειρά του 235 U 13

1.3.2. Ραδόνιο Η μελέτη του ραδονίου ξεκίνησε από τις αρχές του προηγούμενου αιώνα, λόγω των προβλημάτων υγείας που δημιουργούνται όταν εισπνέεται. Το ραδόνιο απορρέει από όλα σχεδόν τα υλικά που αποτελούν το στερεό φλοιό της Γης, καθώς επίσης και από τα οικοδομικά υλικά των κτιριακών εγκαταστάσεων, γεγονός που το καθιστά μία από τις σημαντικότερες πηγές καθημερινής έκθεσης του ανθρώπου σε ακτινοβολία. Η ραδιενεργός δόση που δέχεται ο άνθρωπος από το ραδόνιο, είναι περίπου το 37,7% της συνολικής δόσης που δέχεται από φυσικές πηγές (ΕΕΑΕ). Το ραδόνιο είναι αδρανές αέριο, ραδιενεργό με ατομικό αριθμό 86. Συναντάται κυρίως σε δύο μορφές: 222 Rn (ραδόνιο) και 220 Rn (θορόνιο), προϊόντα των φυσικών ραδιενεργών σειρών του 238 U και του 232 Th αντίστοιχα. Το ισότοπο (ακτινόνιο) που προκύπτει από τη σειρά του ακτινίου ( 235 U) δε λαμβάνεται υπ όψη, λόγω αμελητέας συγκέντρωσης. Οι χρόνοι ημισείας ζωής των δύο ισοτόπων διαφέρουν κατά πολύ: το ραδόνιο έχει χρόνο ημισείας ζωής 3.8 ημέρες ενώ το θορόνιο μόλις 55 δευτερόλεπτα! Αυτό επηρεάζει την εκροή τους από το έδαφος καθώς και τη διασπορά και τη συγκέντρωσή τους στην ατμόσφαιρα. Η ετήσια δόση από ραδόνιο είναι 11 φορές μεγαλύτερη από την αντίστοιχη του θορονίου και των θυγατρικών του, αν και η ετήσια δόση του θορονίου είναι εξαιρετικά ευμετάβλητη και μπορεί να είναι μεγαλύτερη από ότι έχει μετρηθεί έως τώρα (UNSCEAR 2000). Απορροή (emanation) ραδονίου από τους κόκκους πορώδους υλικού καλείται το φαινόμενο κατά το οποίο το ραδόνιο, που παράγεται από την άλφα διάσπαση του 226 Ra, διαφεύγει από τους κόκκους και εισέρχεται στο χώρο των πόρων του υλικού. Το ποσοστό από το συνολικά παραγόμενο ραδόνιο, που εισέρχεται στους πόρους του υλικού στη μονάδα του χρόνου, ορίζεται ως παράγοντας απορροής (emanation factor, ε) του ραδονίου για το συγκεκριμένο υλικό. Η απορροή του ραδονίου γίνεται, κατά κύριο λόγο, μέσω της ανάκρουσης του πυρήνα του ραδονίου κατά τη διάσπαση του 226 Ra (recoil emanation) και κατά δευτερεύοντα λόγο μέσω της διάχυσης του ραδονίου από τους κόκκους (diffusion emanation). Κατά την άλφα διάσπαση του 226 Ra, ο μεγαλύτερος από τους θυγατρικούς πυρήνες, αυτός του 222 Rn (ραδονίου), ανακρούεται λόγω διατήρησης της ορμής με κινητική ενέργεια 86 kev και έχει έτσι τη δυνατότητα να κινηθεί εντός υλικών (αν και οι πόροι τους το επιτρέπουν) σε αποστάσεις που εξαρτώνται από την πυκνότητα και τον ατομικό 14

αριθμό των στοιχείων που αποτελούν τα μόρια του υλικού. Η απόσταση που διανύει σε κάθε περίπτωση ο πυρήνας ραδονίου ονομάζεται μήκος ανάκρουσης, Rm. Το μήκος ανάκρουσης εξαρτάται επίσης από την κατανομή του ραδίου εντός του κόκκου καθώς επίσης και από τις διαστάσεις και τη σύσταση των κόκκων. Το μήκος ανάκρουσης του ραδονίου σε διάφορα μέσα παρουσιάζεται στον πίνακα 1.3.2-Ι : Υλικό Αέρας νερό φυσικά υλικά Rm (ραδονίου) 63 μm 0.1 μm 0.02 0.07 μm Πίνακας 1.3.2-Ι Τα άτομα του ραδονίου στα οποία δεν επαρκεί η κινητική ενέργεια ανάκρουσης για να διαφύγουν από τους κόκκους του υλικού, μπορούν να διαφύγουν μέσω του μηχανισμού διάχυσης. Η διάχυση συμβαίνει στο κρυσταλλικό πλέγμα του κόκκου. Συγκρίνοντας όμως τη διακρυσταλλική σταθερά διάχυσης του ραδονίου D c (είναι μικρότερη του 10-22 m 2 sec -1 ) με τη σταθερά διάσπασης του ραδονίου (λ=2.1x10-6 sec -1 ), είναι φανερό ότι μόνο τα άτομα που βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια των κόκκων θα διαφύγουν πριν να διασπαστούν. Η τιμή της διακρυσταλλικής σταθεράς διάχυσης καθορίζει και τη συνεισφορά του μηχανισμού της διάχυσης στο φαινόμενο της απορροής. Στα οικοδομικά υλικά η συνεισφορά αυτή είναι αμελητέα, σε αντίθεση με το έδαφος, όπου η διάχυση λαμβάνεται υπ όψη. Εκπνοή (exhalation) ραδονίου καλείται το φαινόμενο κατά το οποίο ένα ποσοστό του ραδονίου που απορρέει από τους κόκκους πορώδους υλικού και κινείται εντός των πόρων του, διαφεύγει τελικά από την επιφάνεια του υλικού και εισέρχεται στην ατμόσφαιρα. Αυτό συμβαίνει λόγω διάχυσης του ραδονίου εντός των πόρων του υλικού. Η δημιουργία γένεση και η μεταφορά του ραδονίου στο έδαφος εξαρτάται από γεωλογικούς ή μετεωρολογικούς παράγοντες, όπως την υγρασία του εδάφους, τη δυναμική της απελευθερώσεώς του από τους κόκκους του εδάφους ή της ανακρούσεώς του από τα ορυκτά υλικά. Υπάρχει και το φαινόμενο της οδηγούμενης μεταφοράς του ραδονίου και συντελεί στην εκπνοή, που αφορά τις κατοικίες και συμβαίνει λόγω διαφοράς πίεσης μεταξύ του εσωτερικού της κατοικίας και της ατμόσφαιρας. Η οδηγούμενη μεταφορά δημιουργείται λόγω μεταβολών της θερμοκρασίας, της ταχύτητας των ανέμων και της βαρομετρικής πίεσης εντός των πόρων του υλικού. Παρακάτω γίνεται η ανάλυση και των δύο μηχανισμών, από τους οποίους προκύπτει η συνολική συγκέντρωση του ραδονίου σε μια κτιριακή εγκατάσταση. Η ροή του εκπεμπόμενου ραδονίου J d (Bq m 2 sec -1 ) λόγω διάχυσης 15

από τους πόρους υλικού, οι οποίοι εμφανίζουν συγκέντρωση ραδονίου C (Bq m -3 ) και το ρευστό που υπάρχει εντός του υλικού έχει ενεργό σταθερά διάχυσης D e * (m 2 sec -1 ), δίδεται από το νόμο του Fick: J d * D C (1.3.1) e Η ελεύθερη διάχυση του ραδονίου εντός ενός ρευστού με μοριακή σταθερά διάχυσης D m εξαρτάται μόνο από τη συγκέντρωσή του εντός των πόρων και από το είδος του ρευστού. Στο φαινόμενο της διάχυσής του σε πορώδη υλικά, παρεμβάλλονται τρεις ακόμη παράγοντες: i. Το πορώδες του υλικού (p), που εκφράζεται από το λόγο του όγκου των πόρων προς το συνολικό όγκο του υλικού ii. Η ενεργός επιφάνεια, διαμέσου της οποίας μπορεί να διαφύγει το ραδόνιο από το υλικό (f), που εκφράζεται από το λόγο της επιφάνειας των πόρων προς τη συνολική επιφάνεια του αναφερόμενου όγκου του υλικού iii. Το μήκος διαδρομής που καθορίζει ο πόρος και εκφράζεται από τον παράγοντα ελίκωσης (τ). Η σχέση που συνδέει τη μοριακή σταθερά διάχυσης με την ενεργό σταθερά διάχυσης, με βάση τους παράγοντες που προαναφέρθηκαν, είναι η εξής: D e * = p f τ D m. Η ροή του εκπεμπόμενου ραδονίου J t (Bq m 2 sec -1 ) εξαιτίας της οδηγούμενης μεταφοράς του λόγω διαφοράς πίεσης από την επιφάνεια των τοίχων, οι πόροι των οποίων εμφανίζουν συγκέντρωση ραδονίου C (Bq m -3 ), δίνεται από τη σχέση: J t VC (1.3.2) όπου V η ταχύτητα ροής ανά μονάδα επιφανείας του τοίχου (m sec -1 ). Η ταχύτητα ροής υπολογίζεται από το νόμο του Darcy, χωρίς να λαμβάνεται υπ όψη ο βαρυτικός όρος: V k (1.3.3) P z όπου k είναι η διαπερατότητα των τοίχων (m 2 ), μ το δυναμικό ιξώδες του ρευστού των πόρων (kgr m -1 sec -1 ) και P z η διακύμανση πίεσης του ρευστού εντός των πόρων του τοίχου (N m -2 ). Τελικά η κίνηση του ραδονίου εντός των τοίχων μιας κτιριακής εγκατάστασης περιγράφεται από τις ακόλουθες διαφορικές εξισώσεις 16

χωρίς να λαμβάνεται υπ όψη το φαινόμενο της προσρόφησης του ραδονίου: Pz p t kpz Pz (1.3.4) και C t * De p VC C C p (1.3.5) όπου λ η σταθερά διάσπασης του ραδονίου και φ η συγκέντρωση του ραδονίου που απορρέει από τους κόκκους εντός των πόρων του τοίχου ανά μονάδα χρόνου. 2. ΡΑΔΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Το ραδόνιο καθώς και τα βραχύβια θυγατρικά του ( 218 Po, 214 Pb, 214 Bi και 210 Po) εισέρχονται στους πνέυμονες μέσω της αναπνοής, προσκολλώνται στις επιθήλιες επιφάνειες των πνευμόνων και διασπώνται εκπέμποντας ακτινοβολία. Από τη στιγμή που το μακροβιότερο θυγατρικό ( 214 Pb) έχει χρόνο ημιζωής 27 λεπτά, όλη η σειρά από διασπάσεις μπορεί να ολοκληρωθεί προτού προλάβουν οι φυσικοί μηχανισμοί καθαρισμού του πνεύμονα να τα απομακρύνουν. Αυτή η διαδικασία έχει ως αποτέλεσμα οι βρόγχοι του πνεύμονα να ακτινοβολούνται λόγω των διασπάσεων. Τα πιο καταστροφικά είναι τα ισότοπα του πολωνίου που εκπέμπουν μικρής εμβέλειας α-σωματίδια που ιονίζουν βαρέως τους ιστούς. Οι επιπτώσεις της υγείας πέραν από αυτές που επιφέρει η ακτινοβολία (καρκίνος του πνεύμονα) οφείλονται κυρίως στα θυγατρικά ραδιονουκλίδια του ραδονίου, καθώς το ραδόνιο είναι χημικά αδρανές. Η σύγκριση της διάρκειας της αναπνοής (μερικά δευτερόλεπτα) με τη σταθερά διάσπασης του ραδονίου (3.8 ημέρες) μας υποδεικνύει ότι ένα μικρό ποσοστό ραδονίου διασπάται στους πνεύμονες. 17

2.1. Εξωτερική ακτινοβολία Η εξωτερική ακτινοβολία είναι εξ ορισμού η ακτινοβολία που δέχεται ο άνθρωπος από πηγές που απελευθερώνουν ραδιενέργεια έξω από το σώμα και αυτό τις δέχεται μέσω της επιδερμίδας. Στις περιβαλλοντικές χρήσεις ζεόλιθου η εξωτερική ακτινοβολία μπορεί να προέρχεται είτε από το έδαφος, δηλαδή από γεωργική χρήση, είτε από τα οικοδομικά υλικά που περιέχουν προσμίξεις ζεόλιθου. Στην εξωτερική ακτινοβόληση συμβάλλουν κυρίως οι ακτίνες-γ. Όσον αφορά τη χρήση στην καλλιέργεια, οι ενδεικτικές τιμές που χρησιμοποιούνται είναι 75 kg ζεόλιθου ανά στρέμμα χωραφιού. Τις περισσότερες φορές γίνεται ανάμιξη με το χώμα, αλλά για την κάλυψη κάθε ενδεχόμενου, εξετάστηκε και η περίπτωση της ολικής κάλυψης ή αντικατάστασης του χώματος. Ως αντιπροσωπευτικές τιμές για τη συγκέντρωση των ραδιονουκλιδίων ενδιαφέροντος στο χώμα (σε Bq/kg), θεωρήθηκαν οι παρακάτω τιμές (Πίνακας 2.Ι) 1 : Ισότοπο Συγκέντρωση στο χώμα (Bq/kg) 226 Ra 40 232 Th 35 40 K 370 Πίνακας 2.Ι Ο συνολικός ρυθμός δόσης απορρόφησης (σε ngy/h) που δέχεται ο άνθρωπος από τη χρήση ζεόλιθου στο έδαφος δίνεται από τον παρακάτω τύπο ο οποίος έχει προκύψει μετά από μελέτες: D a,0462 C 0,604 C 0, 0417 C 0 (2.1.1) Ra Th K Η ενεργός δόση που δέχεται ο άνθρωπος σε ένα χρόνο, ή αλλιώς ο ετήσιος ρυθμός της ενεργού δόσεως, υπολογίζεται για άνθρωπο που περνά το 80% του χρόνου του στο χωράφι, δηλαδή για έναν παράγοντα 7000 h y -1, λαμβάνοντας υπ όψη και τον παράγοντα μετατροπής από δόση απορρόφησης σε ενεργό δόση (0,7 Sv Gy -1 ) από τη σχέση: E 10 6 0,7 7000 (2.1.2) ext D a Στην περίπτωση των οικοδομικών υλικών, η δόση που δέχεται ο άνθρωπος επηρεάζεται κατά πολύ από το μοντέλο του δωματίου για το οποίο γίνονται οι εκτιμήσεις. Για αυτό το λόγο έχουν προταθεί τρία γενικά μοντέλα 1, α) ένα παραλληλεπίπεδο δωμάτιο (4 x 5 x 2.8m) με 18

πυκνότητα τοίχου 2650 kg/m 3 και πάχος 0.2 m, β) ένα σφαιρικό κέλυφος με ακτίνα 2.7m, περιφερειακό πάχος 0,223m και πυκνότητα 1890 kg/m 3 και γ) μία τρύπα περικυκλωμένη από ένα απείρου πάχους μέσο. Για τις ανάγκες της παρούσας εργασίας θεωρήθηκε ότι το πιο αντιπροσωπευτικό δείγμα για το δωμάτιο ενός ελληνικού σπιτιού είναι το μοντέλο του παραλληλεπίπεδου δωματίου. Με σκοπό την προστασία του κοινού από δόσεις που μπορεί να αποβούν επιβλαβείς για την υγεία, έχουν εισαχθεί διάφοροι δείκτες από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή ώστε να εξετάζεται η καταλληλότητα του κάθε οικοδομικού υλικού. Για το μοντέλο του παραλληλεπίπεδου δωματίου και υπολογίζοντας ότι η εξωτερική έκθεση (γ-ακτινοβολία) στα οικοδομικά υλικά έχει όριο το 1 msv/y, η παρακάτω σχέση δίνει τον παράγοντα 2 εξωτερικής ακτινοβολίας I γ : I CRa CTh CK 300 200 3000 (2.1.3) με C Ra, C Th, C K οι συγκεντρώσεις ενεργότητας του ραδίου, του θορίου και το καλίου αντίστοιχα. Η συνεισφορά στη δόση που εκτιμάται από την τιμή του Ι γ έχει δύο περιοχές. Για Ι γ < 2, το υλικό θα αυξήσει την ετήσια ενεργό δόση κατά 0.3 msv, ενώ για τιμές του Ι γ στην περιοχή 2 < Ι γ < 6, η αύξηση στη δόση λόγω του υλικού θα είναι 1 msv. Αν αναλογιστεί κανείς το όριο για την εξωτερική έκθεση λόγω οικοδομικών υλικών (1mSv UNSCEAR 2000), εύλογα βγαίνει το συμπέρασμα ότι υλικά με Ι γ > 6 δεν μπορούν να προταθούν ως οικοδομικά. Χρησιμοποιώντας λοιπόν το μοντέλο παραλληλεπίπεδου δωματίου και θεωρώντας έναν παράγοντα κατάληψης 0.75, ένα διορθωτικό παράγοντα 1 όσον αφορά τα παράθυρα 0.7 και τους παράγοντες μετατροπής από δόση απορρόφησης σε ενεργό δόση, οι παράγοντες μετατροπής από συγκένρωση ραδιονουκλιδίου σε ενεργό δόση είναι 2.91 μsv y -1 /Bq kg -1 για το 226 Ra, 3.55 μsv y -1 /Bq kg -1 για το 232 Th και 0.27 μsv y -1 /Bq kg -1 για το 40 K. Η συνολική δόση από εξωτερική ακτινοβόληση (external) για τα οικοδομικά υλικά θα είναι: Eext (msv y -1 )=10-3 (2.91 CRa + 3.55 CTh + 0.27 CK) (2.1.4) όπου C i είναι η συγκέντρωση του κάθε ραδιονουκλιδίου (Bq kg -1 ). 2.2 Εσωτερική ακτινοβολία 19

Ως εσωτερική ακτινοβολία για έναν οργανισμό θεωρείται η δόση που παίρνει από πηγές που ακτινοβολούν μέσα στο σώμα (εσωτερική ακτινοβόληση). Στην περίπτωση του ανθρώπου, οι δύο τρόποι πρόσληψης ραδιονουκλιδίων μέσα στο σώμα είναι είτε μέσω της τροφής, είτε μέσω της αναπνοής. Η κύρια πηγή των δόσεων στην περίπτωση της εσωτερικής ακτινοβολίας είναι οι ακτίνες-α. Οι περιβαλλοντικές χρήσεις του ζεόλιθου που εκθέτουν τον άνθρωπο στις δόσεις εσωτερικής ακτινοβολίας είναι τα συμπλήρωματα διατροφής (κατάποση τροφή) και η εκπνοή του ραδονίου από οικοδομικά υλικά σε κατοικίες κτίρια (αναπνοή). Τα ραδιονουκλίδια ενδιαφέροντος για τις δόσεις εσωτερικής ακτινοβολίας λόγω φυσικής ραδιενέργειας είναι το 226 Ra, το 232 Th και το 40 K για την κατάποση, ενώ για τις δόσεις που αφορούν τα οικοδομικά υλικά λαμβάνεται κατά νου μόνο το ραδόνιο ( 222 Rn). Ο υπολογισμός της ημερήσιας δόσης για την κατάποση για κάθε ραδιονουκλίδιο γίνεται μέσω της σχέσης E int =KGCT (2.2.1) όπου K η δόση που δέχεται ο οργανισμός για κάθε μονάδα ραδιενέργειας που προσλαμβάνει από συγκεκριμένο ισότοπο (msv/bq), G η ημερήσια κατανάλωση ζεόλιθου η οποία θεωρήθηκε 3 gr και είναι η μέγιστη προτεινόμενη σε υγιείς καταναλωτές, C η συγκέντρωση του ραδιονουκλιδίου (Bq/kg) και T ο χρόνος κατανάλωσης (εδώ θεωρείται μία ημέρα). Οι συντελεστές K i για το κάθε ισότοπο αφορούν μόνο ενήλικα άτομα και οι τιμές τους 1 είναι 2,47 μsv/bq, 0,992 μsv/bq και 6,02 10-3 μsv/bq για το 226 Ra, το 232 Th και το 40 K αντίστοιχα.το άθροισμα των επιμέρους δόσεων μας δίνει την τελική δόση από τη διαδικασία της κατάποσης: E int KiGCiT (2.2.2) i Στην προηγούμενη ενότητα αναφέρθηκε ο δείκτης Ι γ ως ένας πρώτος έλεγχος για την καταλληλότητα ενός οικοδομικού υλικού. Ένας δεύτερος έλεγχος είναι ο αντίστοιχος δείκτης για την εσωτερική έκθεση (ακτίνες-α) Ι α, ο οποίος δίνεται από τη σχέση 2 : n ws E i s i i 1 I a 1 (2.2.3) 25 όπου E si είναι ο ρυθμός εκπνοής ραδονίου από την επιφάνεια του υλικού 20

και w si είναι η επιφανειακή κλασματική χρήση του υλικού. Η σχέση (2.2.3) προκύπτει αν θεωρήσουμε ότι η ανώτατη επιτρεπτή συγκέντρωση ραδονίου στις κατοικίες είναι 200 Bq m -3 (UNSCEAR 2000) και τα οικοδομικά υλικά συνεισφέρουν στο 40% αυτής της τιμής. Στις κατοικίες το ισότοπο ενδιαφέροντος λοιπόν είναι το ραδόνιο και ο ρυθμός εκπνοής του (exhalation rate), ο οποίος δίνεται από τη σχέση: E g = C Ra ε λ d ρ/2 (2.2.4) όπου C Ra η συγκέντρωση του 226 Ra, ε ο παράγοντας απορροής ραδονίου (radon emanation factor), λ η σταθερά διάσπασης του ραδονίου (0,007554 h -1 ), ρ η πυκνότητα του υλικού (2650 kg m -3 ) και d το πάχος του υλικού (0.2 m). Η συγκέντρωση του ραδονίου εξαιτίας της εκπνοής ραδονίου για οικοδομικά υλικά εκτιμάται από τον παρακάτω τύπο: Eg S CRn (2.2.5) V όπου S/V είναι η αναλογία επιφάνειας όγκου του δωματίου (για το παραλληλεπίπεδο δωμάτιο υπολογίζεται 1.6 m -1 ), E g ο συνολικός ρυθμός εκπνοής (Bq m -2 h -1 ) του ραδονίου και λ ν είναι ο ρυθμός αερισμού του δωματίου (1 h -1 ). Η ετήσια ενεργός δόση από εσωτερική έκθεση λόγω οικοδομικών υλικών υπολογίζεται τελικά από τη σχέση: E int = f p-eq D c B F C Rn (2.2.6) όπου f p-eq είναι ο παράγοντας μετατροπής από το ισοζύγιο ισοδύναμης συγκέντρωσης ραδονίου σε ενδεχόμενη συγκέντρωση ενέργειας ακτίνωνα (5.56 10-9 J m -3 ανά Bq m -3 ), D c είναι ο παράγοντας μετατροπής από ενδεχόμενη συγκέντρωση ενέργειας ακτίνων-α σε ενεργό δόση, B είναι ο ετήσιος ρυθμός αναπνοής (7013 m 3 y -1 ), F είναι ο παράγοντας ισοζυγίου ισοδύναμης συγκέντρωσης ραδονίου (0.5) 1 και C Rn είναι η συγκέντρωση ραδονίου όπως υπολογίζεται από τη σχέση (2.2.5). 21

3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Στην ενότητα αυτή περιγράφεται η επεξεργασία των δειγμάτων από το κοσκίνισμα κοκκομετρία μέχρι την τελική μέτρηση. Ακόμη, περιγράφεται η μέθοδος καταγραφής των συγκεντρώσεων των διάφορων ραδιονουκλιδίων στα δείγματα και τα χαρακτηριστικά μεγέθη των οργάνων που βοήθησαν σε αυτές. Τα δείγματα που χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό του παράγοντα απορροής ραδονίου από ζεόλιθο προέρχονται από τη Σερβία (χρήση συμπληρώματος διατροφής) και την Τουρκία (χρήση εδάφους). Για τον προσδιορισμό των δόσεων χρησιμοποιήθηκαν και παλαιότερες μετρήσεις σε δείγματα από Ελλάδα και Τουρκία. Τα δείγματα που χρησιμοποιήθηκαν περιέχουν όλα τα φυσικά ραδιονουκλίδια και τα προϊόντα των ραδιενεργών σειρών του 238 U, 232 Th και 235 U. Για τον προσδιορισμό των συγκεντρώσεών τους χρησιμοποιούνται οι χαρακτηριστικές ακτίνες άλφα ή βήτα που προέρχονται από τα ίδια ή οι ακτίνες γάμμα που προέρχονται από τις αποδιεγέρσεις των θυγατρικών πυρήνων τους. Οι χαμηλές συγκεντρώσεις των φυσικών ραδιενεργών ισοτόπων που μεταφράζονται σε χαμηλούς ρυθμούς εκπομπής, επιβάλλουν τη χρήση μεθόδων και ανιχνευτών κατάλληλων στη μέτρηση χαμηλών ρυθμών. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της φασματοσκοπίας ακτίνων γάμμα. 3.1. Επεξεργασία δειγμάτων Τα δείγματα αρχικά κοσκινίστηκαν έτσι ώστε να μελετηθούν οι επιπτώσεις της κοκκομετρίας στις μετρήσεις του παράγοντα απορροής (με τη βοήθεια του Τμήματος Γεωλογίας). Χρησιμοποιήθηκαν 6 κόσκινα διαφορετικού μεγέθους ανοιγμάτων (63, 100, 125, 150, 200, 250, 300 μm). Το δείγμα τοποθετήθηκε επάνω στο αρχικό κόσκινο (όλα μαζί σχημάτιζαν μία συστοιχία) και στη συνέχεια με δόνηση και περιστροφή για περίπου 15 λεπτά διαχωρίστηκε ανάλογα με τα μεγέθη των κόκκων του. Η διαδικασία αυτή ανέδειξε 3 μεγέθη κόκκων (μεγαλύτερη διάσταση) για το δείγμα από τη Σερβία με αρκετή μάζα για προετοιμασία δοχείων (<63μm, 63 100μm, >100μm) και 4 για το δείγμα από την Τουρκία (<63μm, 63 100μm, 100 150μm, 150-200μm). Στη συνέχεια το δείγμα κάθε κοκκομετρίας, αφού πέρασε από τη διαδικασία της ξήρανσης (60 0 C για μία ημέρα), τοποθετήθηκε σε ανοιχτό δοχείο κυλινδρικής γεωμετρίας (box, διάμετρος 6 cm, ύψος 1.3 22

cm), ώστε το ραδόνιο που απορρέει από τους κόκκους του υλικού να έχει τη δυνατότητα διαφυγής από το χώρο του δοχείου. Παράλληλα, ετοιμάστηκε και ένα κλειστό δοχείο ίδιας γεωμετρίας για την κάθε κοκκομετρία με την προσθήκη όμως αυτή τη φορά ενεργού άνθρακα, ο οποίος αντιστοιχούσε σε ποσοστό 1.5 % του βάρους του κάθε δείγματος (Μανωλοπούλου 1990). Η διεργασία αυτή είχε ως σκοπό την ελαχιστοποίηση της πιθανότητας διαφυγής του ραδονίου (λόγω διάχυσης) από το δείγμα, καθώς ο άνθρακας εμφανίζει ισχυρή προσρόφηση ραδονίου, που αυξάνει με τη μείωση της θερμοκρασίας. Για αυτό το λόγο αλλά και για να επέλθει ραδιενεργός ισορροπία μεταξύ του 226 Ra και του 238 U καθώς και μεταξύ του 228 Ra και του 228 Ac, τα δείγματα με την προσθήκη ενεργού άνθρακα παρέμειναν κλειστά και διατηρήθηκαν σε χαμηλή θερμοκρασία (<0 ο C) για χρονικό διάστημα ενός μήνα. 3.2. Φασματοσκοπία ακτίνων γάμμα Με τη χρήση της γ-φασματοσκοπίας γίνεται ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης ενός ραδιονουκλιδίου μέσω των ακτίνων γάμμα που εκπέμπονται κατά την αποδιέγερση του θυγατρικού του πυρήνα που προκύπτει από την άλφα ή βήτα διάσπασή του. Παρ όλο που οι ακτίνες γάμμα προέρχονται από το θυγατρικό πυρήνα, έχει επικρατήσει να αναφέρονται στον πατρικό πυρήνα. Οι ακτίνες γάμμα των φυσικών ραδιενεργών ισοτόπων καλύπτουν ένα ευρύ ενεργειακό φάσμα και μερικές από αυτές απέχουν ελάχιστα μεταξύ τους. Εξ αιτίας αυτού και των χαμηλών ρυθμών εκπομπής των ακτίνων γάμμα των φυσικών ραδιονουκλιδίων, απαιτείται η χρήση συστημάτων μέτρησης που να συνδυάζουν υψηλή ενεργειακή διακριτική ικανότητα, μεγάλη απόδοση στη μέτρηση και χαμηλούς ρυθμούς υποστρώματος. Ανιχνευτές οι οποίοι πληρούν ικανοποιητικά τις παραπάνω απαιτήσεις και χρησιμοποιήθηκαν για τη γ-φασματοσκοπία της παρούσας εργασίας είναι οι ανιχνευτές στερεάς κατάστασης και πιο συγκεκριμένα, οι ανιχνευτές υπερκαθαρού γερμανίου (HPGe, High Purity Germanium). Η πληροφορία σε αυτούς λαμβάνεται μέσω των ζευγών των ηλεκτρονίων οπών που δημιουργούνται κατά μήκος της τροχιάς φορτισμένου σωματιδίου. Η κίνηση των ζευγών αυτών στο εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο (μέσω μονάδας υψηλής τάσης ~3kV) δημιουργεί τον αρχικό ηλεκτρικό παλμό του οποίου η συλλογή φορτίου γίνεται από κύκλωμα RC με γρήγορα χαρακτηριστικά χρόνου. Λόγω του μικρού ύψους του αρχικού παλμού, το σύστημα μέτρησης περιλαμβάνει σύστημα ηλεκτρονικών μονάδων που αποτελείται από προενισχυτή 23

φορτίου και γραμμικό ενισχυτή φασματοσκοπίας ώστε τα μεγέθη της ενέργειας που αποτέθηκε στον ανιχνευτή και του ύψους του παλμού στην έξοδο του συστήματος να είναι ανάλογα. Επίσης το σήμα διαμορφώνεται ώστε να είναι δυνατή η μέτρησή του από το καταμετρητικό σύστημα, που αποτελείται από μία μονάδα ανάλογη του αναλυτή πολλών καναλιών ενσωματωμένη υπό μορφή κάρτας σε υπολογιστή (PCA card). Η μονάδα αυτή περιλαμβάνει μονάδα μετατροπής του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (Analog to Digital Converter) και μνήμη 8192 καναλιών. Στη μονάδα αυτή γίνεται ανάλυση διαχωρισμός των παλμών του ενισχυτή ως προς το ύψος (0 10V) και η καταμέτρηση αυτών. Προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί ο θόρυβος στα σήματα και για τη βελτιστοποίηση της αναλυτικής ικανότητας του ανιχνευτή, τοποθετείται σύστημα ψύξης με υγρό άζωτο (σημείο βρασμού 77 K) κάτω από τον ανιχνευτή. Ένα σχηματικό διάγραμμα συστήματος γ-φασματοσκοπίας φαίνεται στην Εικόνα 3.2.1: Εικόνα 3.2.1 Τα χαρακτηριστικά των δύο ανιχνευτών (coaxial και planar) που χρησιμοποιήθηκαν φαίνονται στον Πίνακα 3.Ι. Ο λόγος χρησιμοποίησης των δύο αυτών ανιχνευτών εντοπίζεται κυρίως στο εύρος ενεργειών που ο καθένας λειτουργεί αρτιότερα, κάτι που εξηγείται καλύτερα στην επόμενη παράγραφο. 24

Βασικά χαρακτηριστικά Coaxial Ge Ge-planar Ύψος 62.2 mm 20 mm Διάμετρος 63.2 mm 50.5 mm Ευαίσθητος όγκος, 193 cm 3 2000 mm 2 επιφάνεια Διακριτική ικανότητα Εγ = 1.33 MeV του 60 Co 2.0 kev - Διακριτική ικανότητα Εγ = 5.9 kev του 55 Fe Εγ = 122 kev του 57 Co - - 400 ev 700 ev Απόδοση 42% - Λόγος Peak/Compton 60/1 - Εύρος ενεργειών 30 3000 kev 10 200 kev Θωράκιση 4 Pb,1mm Cd,1mm Cu 1.3 Pb,1mm Cd,1mm Cu Πίνακας 3-Ι Τα ραδιονουκλίδια των οποίων η συγκέντρωση προσδιορίστηκε με τη μέθοδο της γ-φασματοσκοπίας είναι τα 226 Ra και 210 Pb από τη σειρά του Ουρανίου, τα 228 Ra και 228 Th από τη σειρά του Θορίου, καθώς και το 40 K. Η ενέργεια των ακτίνων γάμμα καθώς και το ποσοστό εκπομπής τους παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.ΙΙ. Οι συγκεκριμένες ακτίνες γάμμα επιλέχθηκαν με κριτήρια το μεγαλύτερο δυνατό ποσοστό εκπομπής για το αντίστοιχο ισότοπο και την μικρότερη δυνατή (δύο τάξεις μεγέθους μικρότερο ποσοστό) επίδραση από άλλες παρακείμενες ακτίνες (Στούλος, 1998). Ο προσδιορισμός του 226 Ra έγινε από τις ακτίνες γάμμα που εκπέμπουν τα προϊόντα διάσπασης του ραδονίου ( 214 Pb, 214 Bi), διότι ο προσδιορισμός από την εκπομπή ακτίνων-γ που εκπέμπει το ίδιο το 226 Ra με ενέργεια 186 kev δεν είναι εύκολος, καθώς παραπλήσια ενέργεια (185,7 kev) έχουν οι ακτίνες-γ του 235 U, ενώ ταυτόχρονα η χρησιμοποίηση αυτής της πληροφορίας προϋποθέτει την ύπαρξη ραδιενεργού ισορροπίας μεταξύ 238 U και 226 Ra. Εξαιτίας της παραπλήσιας ενέργειας των ακτίνων-γ που εκπέμπει το 235 U με τις αντίστοιχες του 226 Ra, έγινε μία απόπειρα προσδιορισμού του από τις ακτίνες-γ με ενέργεια 144 kev, αλλά δεν κατέστη δυνατή λόγω των πολύ μεγάλων σφαλμάτων. Στον Πίνακα 3.ΙΙ φαίνεται και η χρησιμότητα των δύο ανιχνευτών, καθώς το εύρος ενεργειών του Ge-planar επιτρέπει την άντληση πληροφοριών μέσω των ακτίνων-γ με ενέργειες 63.3 και 46.5, που 25

ανήκουν στα ισότοπα του 238 U και του 210 Pb αντίστοιχα, ενώ το εύρος ενεργειών του Ge-coaxial επιτρέπει την άντληση πληροφοριών από όλες τις υπόλοιπες ενέργειες. Πατρικό Ισότοπο Θυγατρικό Ισότοπο Ακτίνες γάμμα Ενέργεια (kev) Ποσοστό εκπομπής (%) 238 U 234Th 63.3 4.86 ± 0.49 226 Ra 186.0 3.50 ± 0.05 214 Pb 295.2 18.50 ± 0.35 609.3 44.79 ± 0.50 214 Bi 1764.5 15.36 ± 0.20 1120.3 14.80 ± 0.20 210 Pb 46.5 4.25 ± 0.04 228 Ra 228 Ac 911.1 26.60 ± 0.69 212 Pb 238.6 43.65 ± 1.06 228 Th 212 Bi 727.2 7.35 ± 0.18 208 Tl 2614.6 35.70 ± 0.29 583.1 30.41 ± 0.25 40 K 1460.8 10.67 ± 0.11 Πίνακας 3-ΙΙ Ο χρόνος μέτρησης καθορίστηκε έτσι ώστε να ελαχιστοποιηθεί η στατιστική αβεβαιότητα στην φωτοκορυφή με το μικρότερο ρυθμό καταγραφής γεγονότων. Η εκτίμηση του εμβαδού των φωτοκορυφών στα φάσματα έγινε με τη χρήση κατάλληλου προγράμματος (Gamma Spectroscopy Data Reduction, της Quantum Technology). Ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης του κάθε ραδιονουκλιδίου έγινε από τον υπολογισμό της σταθμισμένης μέσης τιμής της συγκέντρωσης που εκτιμήθηκε από κάθε φωτοκορυφή των θυγατρικών του πυρήνων, χρησιμοποιώντας ως συνάρτηση βάρους τη στατιστική της αβεβαιότητα. Η συγκέντρωση του καθενός από τα θυγατρικά ισότοπα με περισσότερες από μία φωτοκορυφές έγινε με την ίδια διαδικασία. 3.2.1. Απόδοση μέτρησης του συστήματος γ-φασματοσκοπίας Η μέτρηση ενεργότητας ενός δείγματος προϋποθέτει τη γνώση της απόδοσης του συστήματος μέτρησης. Η απόδοση εξαρτάται κυρίως από την εσωτερική απόδοση του ανιχνευτή, που είναι συνάρτηση της ενέργειας των ακτίνων-γ για δεδομένο ανιχνευτή, από τη γεωμετρία δείγματος ανιχνευτή, όπως και τη φύση του δείγματος από την οποία εξαρτάται η αυτοαπορρόφηση των ακτίνων-γ στο δείγμα. Για κάθε 26

ενέργεια ακτινοβολίας-γ (E 0 ) ο υπολογισμός της απόδοσης πραγματοποιήθηκε από τη λήψη φασματογραφημάτων βαθμολογημένων πηγών ακτίνων-γ αντίστοιχης ενέργειας για τη χρησιμοποιούμενη γεωμετρία δείγματος ανιχνευτή: κυλινδρική με διάμετρο 6.1cm και ύψος 1.3cm. Η προσαρμογή των πειραματικών δεδομένων για τον προσδιορισμό της απόδοσης γίνεται με τη συνάρτηση: log 4 i 1 a i log E (3.2.1) i 1 η οποία δίνει την απόδοση του συστήματος σε όλο το ενεργειακό φάσμα των ακτίνων-γ. Στη συνέχεια, προσδιορίζεται και η ενεργότητα, Α(Bq), ανά μονάδα όγκου ή μάζας του προς μέτρηση δείγματος όλων των γ- ραδιονουκλιδίων που υπάρχουν σε αυτό, από τη σχέση: N q t A (3.2.2) όπου Ν το καθαρό εμβαδόν της περιοχής της φωτοκορυφής, q η ποσότητα μάζας ή όγκου του δείγματος, t ο χρόνος μέτρησης, η και Γ η απόδοση του συστήματος μέτρησης και το ποσοστό εκπομπής φωτονίων της συγκεκριμένης ενέργειας (E 0 ) αντίστοιχα. Η βαθμολόγηση των συστημάτων έγινε με τη χρήση πρότυπων πηγών της I.A.E.A. Οι πηγές αυτές έχουν γνωστές συγκεντρώσεις ισοτόπων όπως το 40 K και αυτών των σειρών 238 U, 232 Th και φαινόμενη πυκνότητα παρόμοια με τα δείγματα μέτρησης. Στην περίπτωση του 238 U και του 210 Pb, λόγω διαφοράς πυκνότητας ανάμεσα στα δείγματα βαθμολογίας συστήματος και στα δείγματα προς μέτρηση (διαφορετική αυτοαπορρόφηση ακτίνων-γ), προσδιορίστηκε διορθωτικός παράγοντας (κ) στην απόδοση ο οποίος δίνεται από τη σχέση: x 0 x 0 e e 1x (3.2.3) όπου μ 1, μ 2 οι μαζικοί συντελεστές απορρόφησης για το δείγμα της βαθμολόγησης και το δείγμα της μέτρησης αντίστοιχα και χ το πάχος διέλευσης των ακτίνων-γ. 2x 27

3.3 Προσδιορισμός του παράγοντα απορροής ραδονίου Ο λόγος της ετοιμασίας δύο δειγμάτων είναι ο προσδιορισμός του παράγοντα απορροής ραδονίου. Ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης του 226 Ra από τα προϊόντα διάσπασης του ραδονίου που προέκυψε από το ανοιχτό δοχείο κυλινδρικής γεωμετρίας (box) αντιστοιχεί στο μη ενεργό ράδιο το ραδόνιο του οποίου εγκλωβίστηκε εντός των κόκκων. Επομένως, το ράδιο που υπολογίζεται με το ανοιχτό δοχείο κυλινδρικής γεωμετρίας αντιστοιχεί στο: Ra open = Ra not eff (3.3.1) όπου το Ra not eff αντιστοιχεί στο ράδιο του οποίου το παραγόμενο ραδόνιο εγκλωβίζεται μέσα στους κόκκους. Μέτρηση της συγκέντρωσης του ραδίου από τα δείγματα τα οποία έχουν επεξεργαστεί με την προσθήκη ενεργού άνθρακα και είναι κλειστής κυλινδρικής γεωμετρίας (box), αντιστοιχεί στο συνολικό ράδιο του δείγματος: Ra total = Ra not eff + Ra eff (3.3.2) όπου το Ra eff αντιστοιχεί στο ενεργό ράδιο, δηλαδή αυτή η ποσότητα ραδίου της οποίας το παραγόμενο ραδόνιο διαφεύγει από τους κόκκους. Είναι φανερό ότι η διαφορά των δύο μετρήσεων δίνει: Ra total Ra open = Ra eff (3.3.3) οπότε προσδιορίζεται το ράδιο του οποίου το παραγόμενο ραδόνιο απορρέει από τους κόκκους του υλικού ( ενεργό ράδιο). Το ενεργό ράδιο διαιρεμένο με το συνολικό ράδιο δίνει τον παράγοντα απορροής του ραδονίου: Ra eff (3.3.4) Ra total 28

4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ - ΣΥΖΗΤΗΣΗ Όπως προκύπτει από την εισαγωγή, η εκμετάλλευση των δομικών πλεονεκτημάτων των ζεόλιθων αποφέρει πολλαπλά οφέλη στον άνθρωπο και στο περιβάλλον. Αυτό το κεφάλαιο πραγματεύεται τη μελέτη των επιπτώσεων της εκμετάλλευσης αυτής, πιο συγκεκριμένα των ραδιολογικών επιπτώσεων, αφού πρώτα παρουσιαστούν οι συγκεντρώσεις των ραδιονουκλιδίων ενδιαφέροντος όπως αυτές προσδιορίστηκαν στο εργαστήριο και οι παράγοντες απορροής που προκύπτουν από αυτές, η μελέτη της ισορροπίας μεταξύ των ραδιονουκλιδίων καθώς και ο ρόλος του μεγέθους των κόκκων και ο επηρεασμός των μετρήσεων από αυτό. 4.1 Φυσική ραδιενέργεια ζεόλιθων Για τους δοσιμετρικούς υπολογισμούς χρησιμοποιήθηκαν 22 δείγματα με τα εξής χαρακτηριστικά: 12 προέρχονται από την Ελλάδα για χρήση σε οικοδομικά υλικά, 6 προέρχονται από την Τουρκία για χρήση στο έδαφος και 4 προέρχονται από τη Σερβία για χρήση συμπληρώματος διατροφής. Τα δείγματα μαζί με τις συγκεντρώσεις των ραδιονουκλιδίων που μετρήθηκαν παρουσιάζονται στον Πίνακα 4.1.Ι. Όλες οι συγκεντρώσεις αναφέρονται σε κλειστά (closed) δοχεία, από τα οποία μετριέται η συνολική συγκέντρωση ενός ραδιονουλιδίου. Δείγμα 238 U series 232 Th series 40 K 238 U 226 Ra 210 Pb 232 Th 228 Th Bq/kg ±σ Bq/kg ±σ Bq/kg ±σ Bq/kg ±σ Bq/kg ±σ Bq/kg ±σ GR-1 58 4 59 1 56 3 57 2 58 1 879 13 GR-2 109 4 87 1 85 4 115 3 118 2 833 11 GR-3 89 4 61 1 54 4 160 3 169 2 653 9 GR-4 163 5 148 1 137 5 133 3 141 2 820 15 GR-5 118 4 91 1 81 4 121 3 128 2 494 9 GR-6 102 6 91 1 109 6 129 3 135 2 824 12 GR-7 98 5 93 1 86 4 108 3 111 2 1014 15 GR-8 260 7 203 1 194 6 128 3 137 2 539 8 GR-9 99 5 88 1 92 4 102 2 105 1 994 13 GR-10 118 6 92 1 83 5 137 3 140 2 797 11 GR-11 90 4 100 1 98 3 120 3 122 2 1425 17 GR-12 156 6 163 1 150 5 114 2 122 2 1129 14 TR-1 116 3 69 1 79 3 119 3 120 2 738 13 TR-2 119 4 81 1 82 3 125 3 123 2 767 13 TR-3 104 3 100 1 99 3 113 3 118 2 904 15 29

TR-4 102 3 109 1 109 3 117 3 118 2 929 16 TR-5 126 4 107 1 62 3 120 3 128 2 918 15 TR-6 68 4 77 1 70 4 118 3 119 2 758 14 SR-1 59 3 64 1 59 3 29 1 29 1 765 15 SR-2 55 3 58 1 50 3 28 1 29 1 748 14 SR-3 53 3 62 1 55 2 24 1 27 1 715 14 SR-4 50 4 51 1 53 4 52 2 53 1 750 15 Πίνακας 4.1.Ι Συγκρίνοντας τις συγκεντρώσεις διάφορων ραδιονουκλιδίων ανά ζεύγη, γίνεται να προσδιοριστεί κατά πόσο σε αυτά τα δύο έχει επέλθει ραδιενεργός ισορροπία. Αυτή η διαδικασία έλαβε χώρα μεταξύ των ραδιονουκλιδίων κάθε ραδιενεργού σειράς και μόνο σε έντεκα δείγματα ζεόλιθων παρατηρήθηκε ύπαρξη ισορροπίας (GR-1,2,4,6,7,9,10,12, TR- 2,3, SR-4). Η ύπαρξη ή μη ισορροπίας μεταξύ δύο ισοτόπων εξαρτάται από το πόσο γραμμική είναι η σχέση που συνδέει τις συγκεντρώσεις τους. Η διερεύνηση αυτή έγινε για τα ζεύγη 238 U 226 Ra, 226 Ra 210 Pb. Όπως φαίνεται από αυτά (Εικόνες 4.3.α, 4.3.β), έχει επέλθει πλήρης ισορροπία μεταξύ των ραδιονουκλιδίων του κάθε ζεύγους. Οι εξίσωση της ευθείας για την Εικόνα 4.3.α είναι y = 0.93x με τις τιμές του σφάλματος της κλίσης και του R 2 να είναι 0.03 και 0.98955 αντίστοιχα. Εικόνα 4.1 30

Η εξίσωση της ευθείας της Εικόνας 4.3.β είναι y = 1.014x, με το σφάλμα της κλίσης και την τιμή του R 2 να είναι 0.026 και 0.993 αντίστοιχα. Εικόνα 4.2 Στη σειρά του 232 Th μελετήθηκε η ύπαρξη ή μη ισορροπίας μεταξύ του 232 Th και του 228 Th. Η συγκέντρωση του 232 Th υπολογίζεται ως ο σταθμισμένος μέσος όρος των συγκεντρώσεων του 228 Ra και του 228 Th, με συνάρτηση βάρους τα σφάλματα των μετρήσεων, επειδή όμως οι διαφορές μεταξύ αυτών των τιμών και των τιμών του 228 Ra ήταν αμελητέες, ως συγκέντρωση του 232 Th θεωρήθηκε αυτή του 228 Ra. Σε αυτή τη σειρά διερευνήθηκε η ύπαρξη ισορροπίας μεταξύ των δύο ραδιοϊσοτόπων του θορίου (Εικόνα 4.3.γ). Από το διάγραμμα προκύπτει ότι έχει επέλθει πλήρης ισορροπία μεταξύ των δύο ραδιοϊσοτόπων. Η εξίσωση της ευθείας είναι y = 1.035x, με τις τιμές του σφάλματος της κλίσης και του R 2 να είναι 0.005 και 0.999 αντίστοιχα. 31

Εικόνα 4.3 4.1.1 Παράγοντας απορροής ραδονίου στα δείγματα Από τα δείγματα που ετοιμάστηκαν στο εργαστήριο μετρήθηκαν οι συγκεντρώσεις των ισοτόπων που υπεισέρχονται στους υπολογισμούς των δόσεων (βλέπε 2.1, 2.2, 3.2) και στη συνέχεια προσδιορίστηκε ο παράγοντας απορροής ραδονίου από τις συγκεντρώσεις του 226 Ra για ανοιχτό και κλειστό δοχείο. Παρατηρείται ότι ο παράγοντας απορροής ραδονίου (Πίνακας 4.1.ΙΙ) κυμαίνεται από 7.7% έως και 17.1%. Ακόμη εκτιμήθηκε και η συγκέντρωση του ενεργού ραδίου, που θα χρειαστεί για τους υπολογισμούς της εσωτερικής δόσης στα οικοδομικά υλικά. Δείγμα 226 Ra Emanation factor Effective Ra Bq kg -1 ±σ % ±σ Bq kg -1 ±σ GR-1 59 1 12,4 1,7 7,3 1,0 GR-2 87 1 10,7 1,8 9,3 1,6 GR-3 61 1 16,4 1,4 9,9 0,9 GR-4 148 1 9,8 2,1 14,5 3,1 GR-5 91 1 12,6 1,8 11,4 1,6 GR-6 91 1 15,4 1,6 14,0 1,5 GR-7 93 1 9,4 2,1 8,8 2,0 32

GR-8 203 1 11,6 1,4 23,5 2,8 GR-9 88 1 17,1 1,7 15,1 1,5 GR-10 92 1 11,6 1,8 10,7 1,7 GR-11 100 1 8,9 1,9 8,9 1,9 GR-12 163 1 10,8 1,7 17,6 2,8 TR-1 69 1 15,1 1,3 10,3 0,9 TR-2 81 1 7,7 1,9 6,2 1,5 TR-3 100 1 16,6 1,7 16,7 1,7 TR-4 109 1 12,7 1,8 13,8 2,0 TR-5 107 1 9,8 2,1 10,4 2,2 TR-6 77 1 10,3 2,2 7,9 1,7 Πίνακας 4.1.ΙΙ Για να ελεγθεί η εγκυρότητα της σχέσης (3.3.4), έγινε ένα διάγραμμα της συγκέντρωσης του ολικού ραδίου με το ενεργό (Εικόνα 4.4): Εικόνα 4.4 Η εξίσωση της ευθείας είναι y = 0.127x με σφάλμα στον όρο 0.007 και τιμή για τον παράγοντα R 2 0.95. Το εύρος της τιμής της κλίσης της ευθείας εμπεριέχει το μέσο όρο του παράγοντα απορροής όπως αυτός προκύπτει από τον Πίνακα 4.1.ΙΙ (12.2%). Δεδομένου ότι ο παράγοντας απορροής ραδονίου εξαρτάται από τη διάμετρο του κόκκου μελετήθηκε η επίδραση της κοκκομετρίας στην 33

απορροή ραδονίου από τους κόκκους του υλικού. Η μελέτη αυτή έγινε σε δύο δείγματα (TR-6, SR-4) και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται παρακάτω. Στη συνέχεια παρουσιάζεται ο παράγοντας απορροής ραδονίου όπως υπολογίστηκε για αυτά τα δείγματα με τη χρήση των τύπων (3.3.1) (3.3.4): Χώρα προέλευσης Σερβία Τουρκία Κοκκομετρία 226 Raopen (Bq/kg) ±σ 226 Raclosed (Bq/kg) ±σ Παράγοντας απορροής ±σ <63μm 39,7 0,9 52,7 0,7 24,5% 2,2% 63-100μm 41,0 1,0 52,5 0,7 22,0% 2,3% 100-150μm 40,3 0,9 51,8 0,6 22,2% 2,1% <63μm 54,9 1,0 74,1 0,7 25,9% 1,7% 63-100μm 60,2 1,0 75,8 0,7 20,6% 1,7% 100-150μm 60,9 1,0 75,4 0,9 19,3% 1,8% 150-200μm 63,5 0,7 71,9 0,8 11,7% 1,5% Πίνακας 4.1.III Φαίνεται από τα αποτελέσματα, ότι ο παράγοντας απορροής μένει σταθερός σχεδόν για τα δείγματα από τη Σερβία (κατάποση), με τη μεγαλύτερη τιμή να εμφανίζεται στους κόκκους με τη μικρότερη διάμετρο(<63μm), ενώ μειώνεται καθώς αυξάνεται το μέγεθος των κόκκων στα δείγματα από την Τουρκία. Επίσης συγκρίνοντας τα δείγματα διαφορετικής προέλευσης αλλά ίδιας κοκκομετρίας, παρατηρεί κανείς πως οι τιμές του παράγοντα απορροής είναι παρόμοιες. Η δεύτερη παρατήρηση είναι αναμενόμενη, ενώ η πρώτη εξηγείται στην επόμενη παράγραφο. Όπως αναφέρεται και στην παράγραφο 3.1, τα αρχικά διαχωρισμένα δείγματα σε ορισμένες περιπτώσεις συγχωνεύθηκαν λόγω της μικρής μάζας της εκάστοτε περιοχής μεγέθους των κόκκων. Στην περίπτωση της Τουρκίας, συγχωνεύθηκαν τα δείγματα των περιοχών 100-125μm και 125-150μm, ενώ δε λήφθηκαν υπ όψη οι μετρήσεις του δείγματος >200μm, λόγω μικρής μάζας. Στην περίπτωση της Σερβίας έγινε η ίδια συγχώνευση, ενώ δε λήφθηκαν υπ όψη όλα τα δείγματα πάνω από 150μm. Τα ποσοστά μάζας του συνολικού δείγματος για κάθε περιοχή μεγεθών κόκκων και για τις δύο χώρες προέλευσης, εμφανίζονται στο Διάγραμμα 4.1: 34

40% 35% 30% 25% 20% 15% Agriculture-Turkey Ingestion-Serbia 10% 5% 0% >200 um 200-150 um 150-100 um 100-63 um >63 um Διάγραμμα 4.1 Παράλληλα με την ξήρανση των δειγμάτων, έγινε και μελέτη της υγρασίας τους. Πραγματοποιώντας μετρήσεις της μάζας πριν και μετά την ξήρανση, προσδιορίστηκε το ποσοστό υγρασίας που υπήρχε αρχικά. Οι μετρήσεις (Πίνακας 4.2) δείχνουν ότι η υγρασία που είχε απορροφηθεί αυξάνεται με το μέγεθος του κόκκου. Η αύξηση αυτή έρχεται σαν αποτέλεσμα της καλύτερης κατάληψης όγκου από μεγαλύτερου μεγέθους κόκκους, άρα στην ύπαρξη περισσότερου κενού χώρου που μπορεί να καταληφθεί από υγρασία (βλέπε δομή). Το ίδιο φαινόμενο παρατηρείται και στις μάζες των δειγμάτων. Χώρα προέλευσης Σερβία Τουρκία Κοκκομετρία %Υγρασία <63μm 3.1 63-100μm 3.6 100-150μm 3.8 <63μm 3.4 63-100μm 4.2 100-150μm 4.5 150-200μm 4.6 Πίνακας 4.1-IV Μία άλλη ενδιαφέρουσα παρατήρηση είναι ότι τα δείγματα με τη λιγότερη υγρασία (μικροί κόκκοι) έχουν μεγαλύτερο παράγοντα 35