بهداشت محیط  دانشکده ابوریحان

بعد ها ارتباطی بین سرطان ریه و غلظت بالای رادن در معادن پیدا کردند. فرضیاتی در نظر گرفته شد که  این مرگ و میر ها می تواندبر اثر پرتو گیری از گاز رادن باشد.(Ludwing & Lorser 1942) .

اولین کسی که ارتباط بین سرطان ریه و رادن را نشان داد، شخصی به نام مولر (Muller) رئیس یک معدن بود.او نتیجه گرفت که سرطان ریه یک بیماری شغلی در معدنکاران است که به وسیله رادن در سنگها ور ادن موجود در هوای معادن که استنشاق می گردد، ایجاد می شود.این فرضیه حمایت شد و باعث گردید، اندازه گیری های دقیق تری از گاز رادن در سال 1920 در کشور آلمان انجام گیرد Ludwing & Lorser 1942)).

متعاقب این مطالعات ، گسترش روش های قابل اعتماد تری برای بررسی محصو لات رادن  در معادن پیشنهاد شد. مقدار بالایی از غلظت رادن در  معادنی غیر از اورانیوم نیز مشاهده شد که از جمله معادنی چون سنگ معدن فلوراید در کانادا (Morrisson1988 و همکارانش) ، معادن آهن در سوئد (Radford & Renard1984).و معادن قلع در چین و طلا در اونتاریو غلظت بالای رادن گزارش شده است.

بیشتر اندازه گیری غلظت رادن در محیط های باز انجام گرفته است . در سالهای اخیر مطالعات زیادی در محل های کار و تونل ها انجام گرفته است.پرتو گیری از گاز رادن یک عامل مؤثر در افزایش سرطان ریه در میان کارکنان معادن  ا ورانیوم  و دیگر معادن شامل سنگ های سخت می باشد.

دز وارده بر بافت های ریه از خود رادن نسبتاً کم است ، چون گازی است خنثی و به همین علّت با بافت های ریه واکنش پیدا نمی کند و به این علت دز نسبتاً کمی در واحد حجم ریه دارد. ولی دز وارده بر بافت های ریه از محصولات واپاشی رادن تقریباً کامل و زیاد است. چون تمام محصولات رادن پرتو زا  و از نظر شیمیایی فعال می باشند و در بافت های حساس ریه ته نشین می گردند واز خود پرتو ساطع کرده و باعث تخریب بافت های ریه می گردند. این دز وارده بر بافت ها بستگی به فعالیت ذرات ته نشین شده در مسیرهای هوایی و نایژه ها دارد که این خود عملکردی از میزان تنفس و اندازه ذرات پرتوزائی تنفس شده می باشد.

Ra²²⁶   پنجمین محصول واپاشی از U²³⁸ ا ست.   Ra با عدد اتمی 88 جزو گروه فلزات قلیائی خاکی (IIA) است که تا به حال 25 ایزوتوپ آن با اعداد جرمی بین 206 تا 230 شناسایی و تهیه شده اندکه تماماً ناپایدار بوده و فقط ایزوتوپ های 228،226،224،223 به صورت طبیعی یافت می شوند. Ra²²⁶   که ساطع کننده پرتوهای آلفاست، واپاشی کرده و Rn²²²  را تولید می کند. Ra²²⁶   مهم ترین رادیو ایزوتوپ این رادیو نوکلئید در طبیعت است . این اهمیّت به دلیل نیمه عمر زیاد Ra²²⁶  که تقریباً معادل 1622 سال است و فراوانی طبیعی والدین آن می باشد . بین رادیم ورادن تعادل پایدار برقرار است چون نیمه عمر مادر از10⁴  برابر نیمه عمر رادیو نوکلئید دختر بیشتر است. رادن تنها عنصری است که در سری واپاشی اورانیوم گازی شکل می باشد وعنصری تک اتمی است و در دمای معمولی خنثی می باشد. سه ایزوتوپ طبیعی عنصر پرتوزای رادن عبارتند از Rn²¹⁹  (اکتینون)در زنجیره U ²³⁵  ، Rn²²⁰ (تورن) در زنجیره Th²³² و Rn ²²² در زنجیره U²³⁸.

به دلیل غلضت پرتوزائی کم U ²³⁵  و نیمه عمر کوتاه Rn²²⁹  ، این ایزوتوپ تاثیر چندانی در پرتو گیری ندارد. Rn²²⁰   نیز به دلیل داشتن نیمه عمر کوتاه تنها زمانی مورد توجه است که غلظت Th²³² زیاد باشد .  Rn ²²²  به دلیل داشتن نیمه عمر نسبتاً طولانی مهمترین ایزوتوپ محسوب می شود . نیمه عمر Rn ²²²  برابر با3/84 روز ، Rn²²⁰ تورن برابر با 55/6 ثانیه و Rn²¹⁹   دارای نیمه عمر 5/7 ثانیه می باشد. رادن از گاز های نادر است ، قابلیت حل شدن آن در آب ودر صفر درجه سانتی گراد510cm³/L ( سانتی متر مکعب بر لیتر ) است که در دمای 25 درجه سانتی گراد به 220 و در دمای 50 درجه سانتی گراد به130cm³/L کاهش می یابد.

تولید رادن متناسب با میزان رادیم موجود درزمین است که به علت اینکه ایزوتوپ رادن در اثر نشر یک ذرّه آلفا از عنصر رادیم حاصل می شود. معمولاً Rn ²²² و Rn²¹⁹   در جائی که اورانیم هست و Rn²²⁰  در جائی که توریوم موجود است تولید می گردند.

چون رادیم حل می شود پس می توان انتظار داشت وقتی که رادیم در محلی  حل گردد و انتقال یابد و سپس در محلی رسوب نماید  این عمل باعث تولید رادن گردد ولی در جائی دور از محل اورانیوم اولیه.

Rn²¹⁹   چون کمترین نیمه عمر رادارد، در واقع همیشه در مقادیر خیلی کم وجود دارد وبه طور طبیعی نسبت U²³⁸ به U ²³⁵   که عناصر اولیه این زنجیره ها هستندبرابر 0/00719 می باشد، پس به این علّت Rn²¹⁹    نادیده گرفته می شود . Rn²²⁰   نیز نسبت به Rn ²²²  نیمه عمر کوتاه تری دارد و در نتیجه به مقدار کمتری تا Rn ²²²  وجود دارد ، مناطق استثنائی در دنیا وجود دارد که نسبت توریوم به اورانیوم به شدت بالا است  و باعث می شود Rn²²⁰   به مقدار زیادی وجود داشته باشد.این مناطق مناطقی هستند که دارای شن های مونازیت( Thpo₄) هستند .

تولید Rn²²⁰   و Rn ²²² از زمین به غلظت پرتوزائی Ra²²⁴   و Ra²²⁶ موجود بستگی دارد .رادیم در گرانیت زیاد و در بازالت کم است و در سنگ های رسوبی و دگرگونی به مقدار متوسط می باشد.

غلظت های رادن در هر منطقه ای به علت تفاوت در ناحیه های زمین شناسی  ، آب و هوا ، مواد های ساختمانی درون زمین و دوران زمین شناسی متفاوت است.

آب باعث تحریک گاز رادن است و باعث پس زدن آن به درون حفره ها می گردد ولی چنین روندی با رطوبت معکوس می باشد.

رادن ومحصولات آن تابش آلفا دارند اگر چه برخی ذرات بتا و پرتوهای گاما نیز منتشر می شودولی ذرات آلفا چون برد کمی داردنددر پوست یا بافت جذب شده و باعث تغییرات چشمگیری می شوند .

گازهایی چون رادن به علت متحرک بودنشان می توانند مسافت های خیلی زیادی را در داخل زمین یا اتمسفر طی کنند و به علت تنفس نیز می توانند مشکلی برای سلامتی باشند ، به استثنای گاز رادن مشاهده نشده که تابش طبیعی برای سلامتی زیان آور باشد.

رادن می تواند جذب ذرات کربن شود که از این خصوصیت در قوطی های زغل فعال چارکول(charcoal) برای اندازه گیری رادن استفاده می شود جدا از خطراتی که رادن برای سلامتی دارد  ، دارای فوائدی نیز می باشد . امکان انتقال Rn ²²²  در خاک، آب واتمسفر زمین باعث می گرددکه رادن به عنوان یک عنصر کم مقدار مفید به صورت یک متغییر با ارزش برای اهداف ژئوفیزیکی ، ژئوشیمی ، هیدرولوژی و اتمسفر باشد . دامنه این کاربرد ها از اکتشاف منابعی مانند اورانیوم و ذخایر هیدرو کربنی تا مطالعه جریان گازها در داخلزمین و همچنین به عنوان پیش نشانگر زمین لرزه می باشد .پیش نشانگر زمین لرزه یک متغییر محیطی قابل اندازه گیری است که متأثر از فرایند های مقدماتی زمین لرزه بوده و قبل از شوک اصلی پدیدار می شود که این پیش نشانگر تغییرات زمانی گاز رادن است.

فرایندهایی مقدماتی زمین لرزه باعث بروز تغییراتی در میزان غلظت گاز رادن می گرد که این تغییرات می تواند جهت پیش بینی زمین لرزه مورد استفاده قرار گیرد این تغییرات بین چند هفته تا چند روز قبل از زمین لرزه پدیدار می شود .

آزاد سازی رادن

Rn²²⁰   و Rn ²²² گاز های بی اثر و پرتوزائی هستند که محصول واپاشی ایزوتوپهای Ra²²⁴   و Ra²²⁶ به ترتیب می باشند ، که در تمام مواد معدنی حضور دارند.مواد زمینی را می توان به صورت قالب اسفنجی شکل مجسّم کرد که مایعات از میان آنها می توانند جریان یابند.ابتدا رادن باید از ماده معدنی آزاد شده ، به داخل فضای حفره دار وارد رود که این کار از اصولاً از طریق پس زدن اتم های رادن در محدوده 20 الی 70 نانومتری در کانی ها و مواد معدنی ، 100 نانومتر در آب و 63 میکرو متر در هوا یا از طریق انتشار و پخش مولکولی صورت می گیرد. به نظر می رسد که به دلایل تمایل رادن  در رسیدن به سطح و تخریبی که به واسطه واپاشی پرتوزا صورت می گیرد ، مقدار بیشتری از رادن آزاد می شود. کسری از رادن که به حفره ها راه می یابند با عناوین مختلف مانند توان ، ضریب و یا کسر آزاد شده نام برده می شوند . آب باعث تحریک گاز رادن است و باعث پس زدن آن به درون حفره ها می شود ولی چنین روندی با افزایش میزان رطوبت معکوس است. افزایش دما نیز احتمالاً به دلیل کاهش جذب سطحی ، میزان آزاد سازی رادن را کاهش می دهد .

در جائی که آب در تماس مستقیم با ذرات معدنی حاوی رادیم است رادن می تواند به علت پس زنی ذره آلفا با فشار در آب جایگزین گردد به طوری مه از مقادیری که مربوط به حد متعادل در مجاورت گاز می باشد تجاوز کند .آب با داشتن چنین خاصیت فوق اشبا عی توانایی انبساط سریع گاز را دارا می باشد ، مخصوصا ً وقتی که تلاطم وبه هم خوردگی کافی ایجاد می گردد، مثل وقتی که آب های زیر زمینی از طبقات آبخیز زمین که غنی از اورانیوم است خارج گردد.تولید رادن و انتقال آن به مواد معدنی جامد ، مایع  یا فاز های گازی در اثر فرایند هایی چون آزاد سازی ، انتشا ر، همرفت ، جذب در فاز مایع و جذب در فاز جامد صورت می گیرد .

 کسری از اتم های آزاد شده از یک دانه یا سنگ حاوی رادیم ، درون سنگ یا منافذ خاک( رادن آزاد شده)  "ضریب آزاد سازی " نام دارد . سایز سنگ و شکل آن دو عامل مهم برای کنترل آزاد سازی رادن در خاک می باشند . شکاف های میکروسکوپی و شکستگی ها که معمولاً سوراخ های ریز نام دارندو مکان های باز باعث راه های اضافی برای آزاد سازی رادن در خاک  می گردند .رطوبت خاک یک نقش مهم در آزاد ساز ی رادن و انتشار آن در خاک را بازی می کند . رطوبتخاک به فرم یک فیلم ضخیم از آب ، دانه های خاک را احاطه کرده و مستقیماً بر آزاد سازی گاز رادن اثر می گذارد ، چون باعث می گردد که رادن نتواند از خاک پس زده شود و این عمل موجب می گردد که اتم های رادن در فضا ا یمتخل خل  خاک باقی بمانند به جای اینکه به اتمسفر خارج رها شوند . در کل میزان آزاد سازی رادن بستگی به توزیع و غلظت هسته پرتوزا رادیم والد در بستر خاک و همچنین نفوذ پذیری خاک دارد .

در سنگ ها ی گرانیتی مقدار رادیم  نسبتاً بالاست ، سنگ های رسوبی و دگرگونی مقدار متوسط و بازالت و سنگ های آهکی مقدار کمی رادیم داردند .

 نفوذ پذیری از بستر خاک و سنگ بسیار متغییر است و بستگی به میزان وزش باد ، متخلخل بودن خاک یا سنگ ، رطوبت محیط ، دانسیته سنگ بستر و حضور شکاف ها و شکستگی ها دارد . قابلیت نفوذ رادن در مواد مختلف متفاوت می باشد که از این خاصیت برای جلو گیری از نفوذ رادن به داخل یک  فضای بسته می توان استفاده کرد و در حال حاضر پلی اتیلن یکی از متداول ترین موانع در برابر نفوذ رادن می باشد .

بیشتر رادنی که در اثر واپاشی رادیم تولی می شود  ، هرگز  از مواد معدنی  که در آن ایجاد شده خارج نمی گردد و به سختی به جائی که در داخل شبکه کریستالی است رانده می شود تا اینکه واپاشی نماید. فقط مقدار کسر کوچکی از رادن سریعاً از لحظه ایجاد شدن آزاد می گرددو یا اینکه در عرض چند روز قبل از واپاشی آزاد می گردد.

 اولین احتمال آزاد سازی  ، خروج مستقیم اتم رادن در اثر پس زنی (آلفای برگشتی) ناشی از ساطع شدن ذرّه آلفا می باشد که این عمل دقیقاً مشابه شلیک گلوله از تفنگ است که گلوله به سمت هدف رفته و اسلحه در جهت مخالف عقب نشینی می کند.

بر اساس قانون بقا اندازه حرکت ، ساطع شدن یک ذرّه آلفا با انرژی 4/78 mev ( مگا الکترون ولت)توسط Ra²²⁶ باعث تولید هسته به جا مانده Rn ²²² با انرژی پس زنی 86Kev (کیلو الکترون ولت) می گردد. این مقدار انرژی برای حرکت رادن پس زده شده به مقدار 26 نانومتر در داخل سیلیس(Sio2) ،3x10-8 متر در مواد معدنی  و10^-5  6 x متر در هوا می باشد (Thompkin1982)

این انرژی باعث می گردد که ماده معدنی را ترک کرده و به فضای بین ذرّات (سوراخها) وارد شود.

دومین احتمال برای آزاد سازی رادن این است که اگر در فضای سوراخ ها آب باشد، هسته پس زده شده اغلب تمایل به باقی ماندن در مایع را دارد.پس اتم رادن آزاد است که از آب منتشر گردد و یا توسط آن انتقال یابد.

و سومین احتمال برای آزاد سازی رادن این است که اگر سوراخ ها ودرز ها خشک باشد و اتم رادن به سطح شبکه بلوری  یا مولکولی نزدیک باشد در این حالت رادن می تواند به ذره کناری وارد شود یا تحت اثر جابه جایی از هسته آزاد شود که این نحوه آزاد شدن انتشار نام دارد.

 انتقال رادن

رادن به دو طریق اساسی انتقال  می یابد که یکی انتشار و دیگری کنوکسیون یا پسرفت می باشد .مکانیسم اصلی برای ورود رادن به اتمسفر انتشار مولکئلی است که بر اپر اختلاف غلظت صورت می گیرد. اگر چه انتشار به فضای خارج معمولاً پدیده ای غالب می باشد ولی راه هایی چون پس رفت (کنوکسیون) نیز وجود دارد که این پدیده بر اثر اختلاف فشار منفی مختصری که بین اتمسفر محیط باز و بسته موجود است ایجاد می گردد.

وزش باد به ساختمان و گرم کردن داخل دو عامل مهم برای اختلاف فشارند. گرما نیز باعث افت فشار در سراسر بدنه ساختمان می شودو هرچه دما بالاتر، فشاربیشتراست که معمولاً اثردودکش(stack effect)

نام دارد، که باعث مکش هوا از میان و از زیر بدنه ساختمان می گردد. تهویه مکانیکی و هم چنین وزش بار به بدنه ساختمان باعث می گردد که عواملی برای اختلاف فشار می باشند.اثراتی از این اختلاف فشار جزئی باعث می شود که رادن از خاک به درون ساختمان یا محوطه داخلی کشیده شود که بستگی مستقیم به نفوذ پذیری سطح زمین دارد.

نوسانات فشار اتمسفری یک مکانیسم مهمی از ورود رادن به داخل می باشد ، به علت اختلاف در فشارهای جزئی ونفوذ پذیری ، انتقال رادن از یک ساختمان به ساختمان دیگر بسیار متغییر است. در ساختمان ها لایه سنگریزه و شن زیر سنگفرش کف اتاق میزان ورود رادن را افزایش می دهد ، همچنین فضای بین پایه دیوار وسنگفرش کف اتاق عامل اصلی ورود گاز رادن است .جدیداً در ساختمان های نوساز از لایه نفوذ ناپذیر و سخت ، زیر سنگفرش برای جلوگیری از نفوذ گاز رادن استفاده می کنند که ممکن است جنس این لایه از پلی اتیلن یا پلیمر های دیگر باشد..

شکستگی در بستر سنگ ، ترک در خاک  و به کار بردن مصالح مختلف در پایه یک ساختمان عوامل مهمی برای ورود میزان بالایی از گاز رادن به داخل ساختمان می باشند .تخلخل بیشتر باعث انتقال از طریق انتشار می گرد که باید سوراخ هایی در نظر گرفته شود که اجازه می دهند حرکت از درون آنها انجام گیرد.

در موقع استفاده از آب بر اثر به هم خوردن آب ، ممکن است مقدار زیادی گاز رادن از آب به هوا انتقال یابد . غلظت رادن در آب دامنه های متفاوتی دارد معمولاً بیشترین مقدار در آب چاه  100 کیلو بکرل بر متر مکعب  ، به مقدار متوسط در آب های زیر زمینی 10 کیلو بکرل بر متر مکعب ، وکمترین مقدار در آب های سطحی 1 کیلو بکرل بر متر مکعب  وجود دارد ومقدار مصرف به ترتیب 10، 20، 30 و 60 درصد است.

سرعت انتشار رادن در هوا و آب با یکدیگر تفاوت زیادی دارد ، پابت انتشار در آب با ضریبی معادل10000برابر کمتر از هوا است. پس ضریب تنتقال رادن از آب به هوا در حدود 1×10^-4 به دست آمده است .

کاهش دادن فشار جزئی( ساختمان وزمین) که همان پس رفت است باعث می شود گاز رادن حدود 80 تا 99 درصد از غلظتش کاسته شود.ضمناً یادآور می شویم که گرمای خورشید در طول روز باعث یک سری اغتشاشات می شود که این خود باعث می گردد رادن به سمت بالا در زمین حرکت کرده  واز زمین خارج شود.

غلظت رادن در محیط های مختلف

نتایجی که از اندازه گیری های خارجی از Rn ²²²  به دست آمده ، نشان می دهد که غلظت Rn ²²²   از دامنه 1 تا 100Bqm^-3  ( بکرل بر متر مکعب) در هوای محیط باز ، اندازه گیری شده که میانگین غلظت Bqm^-3  10 به دست آمده است.دامنه غلظت رادن در هوای محیط بسته 30تا40 Bqm^-3 است.

گاز طبیعی نیز به عنوان منبع رادن است که شامل غلظت های متفاوتی از مواد پرتوزای مختلف است  و غلظت آنها بستگی به زمین شناسی میدان های گاز و تاخیر در انتقال به مصرف کننده دارد . با سوختن گاز در محیط بسته رادن تولید می شود . تغییر فصول تاثیر قابل توجهی بر غلظت رادن در محیط های بسته دارد . در فصل های گرم سال هوای سرد تر داخل محیط کاری می گرددکه باعث تجمع رادن در محیط های بسته می گردد ولی در فصل های سرد سال ، هوای گرم داخل محیط با گاز رادن برای تعدیل هوایی به بیرون انتقال داده می شود که از غلظت رادن در داخل کاسته می شود.

غلظت گاز به طور قوی بستگی به تفاوت دمایی بین درون و برون محیط کاری دارد. بالاترین غلظت در بین ماه های اواخر فروردین تا اوایل مهر( آپریل تاسپتامبر ، فصل های گرم )در محیط کاری اندازه گیری شده است و کمترین غلظت در ماه های سرد سال بین اواخر آذر  تا اسفند( دسامبر تا مارچ ) اندازه گیری شده است .

غلظت رادن در تونل یا محیط کاری به تدریج به سمت فضای باز کاهش پیدا می کند که نشانگر این است که غلظت رادن در تونل یا محیط کاری اساساً بر اساس انتشار و مخلوط شدن گاز رادن با هوا می باشد.در اکثر معادن اثر غلظت بالای رادن بر اساس پسرفت یا کنوکسیون می باشد که به علت تفاوت دما بین هوای داخل تونل و هوای بیرون  آن می باشد که تغییرات فصلی عاملی مؤثری بر این امرند. در اکثر موارد گزارش شده است که غلظت بالای رادن در محیط بسته بر اثر پس رفت یا کنوکسیون می باشد .

اگر چه غلظت های رادن در هوای اتمسفری از یک منطقه به منطقه دیگر بسیار متفاوت است  امّا بر اساس اطلاعات جمع آوری شده می توان گفت در مناطق معتدل و اقیانوسی غلظت رادن پائین است به عنوان مال ژاپن در منطقه معتدل و اقیانوسی واقع شده است که دارای غلظت های پائینی از Rn ²²²  نسبت به کشور هایی که در منطقه سرد و اقلیمی واقع شده اند  می باشد .

اثر تخلخل و دانسیته بر آزاد سازی گاز رادن

سنگ ها اجسامی کاملاً توپر نیستند وهمیشه حاوی خلل وفرج به صورت حفره های کم و بیش مرتبط، شکاف ها و یا حفره های مجزا هستند. وجود این حفره ها اهمیت خیلی زیادی در خواص مکانیکی سنگ دارد و به طور کلی هر چه تخلخل سنگ بیشتر باشد مقاومت مکانیکی آن کمتر است . حفره های درون سنگ ممکن است خالی یا حاوی آب یا سیال دیگر و یا گاز های مختلف از جمله رادن یا و هوا باشد. چنانچه حفره ا و شکاف ها در سنگ ، شبکه مرتبطی را تشکیل دهند ، در این صورت هر چه حفره ها زیاد تر باشد نفوذ پذیری سنگ بیشتر است، اما اگر حفره ها مجزا باشند ، نمی تواند نمایان گر میزان نفوذ پذیری سنگ باشد .

شکل حفره ها(معمولاً کانالی شکل ، شکاف مانند ، کروی و دندانه ای ) و اندازه آنها نیز متفاوت است . تخلخل در کل به صورت ، نسبت حجم فضای حفره های سنگ به حجم کل سنگ نعریف می شود . معمولاً تخلخل سنگ های رسوبی از تخلخل سنگ های آذرین بزرگتر است. پاره ای از سنگ های آذرین مثل توف های جوش خورده  یا تراکیت ها از قائده مستثنی  هستند . سنگ های آذرین فرسایش یافته نیز ممکن است تخلخل زیادی داشته باشند .تخلخل یک سنگ بستگی به شکل و اندازه دانه هایی دارد که آن را تشکیل می دهد(بافت سنگ)و نیز مربوط به میزان تنوع دانه ها ، سیمانی شدن آنها و نحوه تجمع کانی ها دارد .

اکثر خواص هیدرولیکی و گاز دینامیکی سنگ ها به علت تخلخل آنهاست. مقدار گاز یا نفت یا آبی که در یک سنگ وجود دارد ، جریان یا رهائی اش از چینه ها و چگونگی استحصال این ذخایر مربوط به تخلخل سنگ های منبع است .

از عوامل مهم دیگری که در میزان تخلخل سنگ ها تأثیر نسبی دارد عمق قرار گرفتن لایه های سنگ  ونیز زمان تشکیل آنهاست به طوری که سنگ های قدیمی تر تخلخل کوچکتری دارند .مثلاً یک نمونه ماسه سنگ کامبرین دارای تخلخل 11 درصد و ماسه سنگ کرتاسه دارای تخلخل 34 درصد است.همچنین عمق قرار گرفتن سنگ ها در مقدار تخلخل آنها مؤثر است که هر چه عمق بیشتر باشد تخلخل کمتر است . هر چه قدر تخلخل سنگ ها کمتر باشد ، درصد آزاد سازی گاز رادن بیشتر می باشد. جدول (  ) ارتباط ضریب انتشار گاز رادن با تخلخل در محیط های مختلف

-دختران رادن

رادن در همه جا وجود دارد، به خصوص در مناطق زیر زمینی و تونل ها غلظت آن بالا می باشد. رادن به طور مستقیم از محیط های اطراف سنگ منتشر نمی شود . بنابراین آزاد سازی کلی کامل شامل مخروطی از  گاز و به خصوص دختران رادن می باشد. رادن فوراً شروع به واپاشی می کند  ، نیمه عمر Rn ²²²  همان طور که می دانیم 3/824 روز است که خود به چهار محصول با نیمه عمر کوتاه واپاشی می کند که اولین محصول RaA یا Po²¹⁸ با نیمه عمر3/05 دقیقه است . دومین دختر رادن RaBیا  Pb²¹⁴ با نیمه عمر 26/8 دقیقه ظاهر می شود بعد از این محصول RaC یا Bi²¹⁴ با نیمه عمر 19/7 دقیقه ظاهر می شود و بعد׳ RaC یا Po²¹⁴ با نیمه عمر 164μs میکرو ثانیه به دست می آید. ׳ RaC نیمه عمر بسیار کوتاهی دارد. بنابراین اثراتی از پرتوزائی این مخصول با RaCجفت می گردد. هر دو ایزوتوپ پلونیوم منتشر کننده ذرّات آلفا هستند.

غلظت هسته های پرتو زا توسط فرآیند های دینامیکی تحت تاثیر قرار می گیرند که این فرآیند ها شامل اتصال محصولات واپاشی به ذرّات آئروسل و متعاقب آن ته نشین شدنشان در سطح لتاق یا زمین  می باشد. کسری از محصولات رادن در حالت نچسبیده دارای اندازه قطر-2nm)  (0/5 نانومتر هستند که به کسر نچسبیده معروف می باشند . البته افزایش سریعی در سایز آنها بین 0/5 تا 5 نانو متر ایجاد می شودکه این به علت خوشه ای شدن و رشد کردن بر روی آب یا مولکول های دیگر در هوا است که بستگی به شرایط منطقه دارد . اکثر این ذرات کوچک به آئروسل های محیطی می چسبند که اندازه این ذرّات به 20 تا 500 نانومتر می رسد در این حالت به آنها کسر چسبیده می گویند. در محیط غبار آلود، محیط آلوده  ودود سیگار وغیره ، ذرات نچسبیده بسیار کم می باشند.اما در محیط های خیلی تمیز کسر ذرات نچسبیده بسیار بالا می باشد . معمولاً فقط Po²¹⁸ به شکل نچسبیده همراه با غلظت های خیلی پائین تری از Pb²¹⁴ نچسبیده یافت می گردد.

اگر چه سایز آئرسل های محیطی در حدود 100 نانومتر به طور متوسط می باشد ، قطر ذرات با فعالیت های انجام شده ، در محیط بسته با منابع تغییر می کند.استفاده از موتور های الکتریکی ، شعله های باز یا گرم کننده های الکتریکی تولید آئروسل های کوچک تر با قطری حدود 50 نانئمتر می کند. دود سیگار تولید آئروسل هایی با قطر 300 نانومتر می کند. ذرات ائروسل در هوای تمیز دارای فراوانی 10³cm³ بوده و در محیط های شلوغ به 10⁵ افزایش می یابد.

در فضای بسته سطوح خیلی زیادی وجود دارد که با آئروسل ها به عنوان مکان هایی برای نشت دختران پرتوزا رقابت می کنند و حتی خود آئروسل ها نیز ممکن است بر روی این سطوح نشت کنند.در نتیجه در هوای  محیط های بسته به ندرت حالتی که کاملاً دختران کوتاه عمر رادن محفوظ مانده باشند وجود دارد ، به همین دلیل به مقدار قابل توجهی کمتر از حالت تعادل وجود دارند.

ژرژ(George) و برسلین (Berslin) در سال 1969 گزارش دادند که بین 28 تا 50 درصد از ذرات نچسبیده دختران رادن که دارای قطر بین (0/5 – 2 nm)  هستند ، در طی تنفس به حفره های بینی نفوذ پیدا می کنند  و مابقی آن از100 درصد ، به مسیر های تنفسی در خلال تنفس از راه دهان نفوذ می کنند.

رادن چون دارای نیمه عمر بیشتر نسبت به زمان های تنفس است در ریه ها باقی می ماند و بعداً واپاشی می کند ولی واپاشی آن باعث تولید دخترانی می گردد که دارای نیمه عمر کوتاه تری می باشند ، که سبب آسیب های زیاد به سیتم تنفسی می گردند.طولانی ترین نیمه عمر مربوط به Pb²¹⁴ با نیمه عمر 26/8  دقیقه می باشد، پس در نتیجه تمام واپاشی ها به طور کامل انجام می گردد قبل از اینکه مراحل پاک سازی طبیعی ریه آنها را پاک کند . در نتیجه سطوح حساس تنفسی در اثر این واپاشی ها پرتو می بینند ، پر انرژی ترین آنها ذرات آلفا با برد کوتاه ناشی از ایزوتوپ های پلونیوم می باشد  که ذرات آلفا توسط سلول های تنفسی جذب می شوند این ذرات می توانند باعث تغییرات سلولی در دیوار های ریه گردند که در نهایت منجر به سرطان ریه خواهد شد . بنابراین دختران رادن نسبت به خود گاز رادن خطرناک تر برای سلامت  بهداشت انسانی می باشند . میزان پرتو گیری ناشی از دختران رادن تقریباً معادل 20 برابر پرتو گیری ناشی از خود رادن می باشد. پس با توجه به خطرات دختران رادن برای سلامتی باید توجه داشت که جریان مواد در محیط های بسته مثل تونل باید طوری صورت  بگیرد که سریعاً هوا از میان این محصولات و گاز رادن تهی گردد و هوا نباید در محیط ها و محل های کاری بدون جریان ئثابت بماند. البته باید متذکر شد که این چهار محصول رادن ، محصولات کوتا عمر آن می باشند ولی محصولات دیگری را نیز شامل می شود که دختران بلند عمر رادن نام دارند که از جمله RaDیا Pb²¹⁰ با نیمه عمر 22 سال می باشد که به علت طولانی بودن نیمه عمر سری واپاشی رادن را تا׳ RaC در نظر می گیرند .

-برآورد پرتو گیری از رادن و محصولاتش

برا ی بر آورد پرتو گیری از رادن و محصولاتش باید غلظت فعالیت واقعی از هسته های پرتوزای منتشر کننده آلفا در هوا که منجر به تنفس می شوند رادر نظر گرفت . این ملاحظه در حقیقت در نظر گرفتن کل انرژی آزاد شده از ذرّات آلفا می باشد که به منظور تعیین دز به کار می رود. پس این ملاحظات منتهی به تعریفی از میزان پرتو گیری رادن بر اساس" غلظت پتانسیل ا نرژی آلفا "با واحد Jm^-3 یا سطح کاری (Working level) می گردد.سطح کاری یکی از واحد های اندازه گیری رادن می باشد و عبارت است از پتانسیل بالقوه انرژی ذره آلفای ساطع شده ، در نتیجه واپاشی هر ترکیبی از Po²¹⁸ ، Pb²¹⁴ ،   Po²¹⁴ و Bi²¹⁴  در یک لیتر هوا و معادل 100 پیکوری در لیتر(Pcil^-1) یا 3/7بکرل در لیتر (Bql^-1) از هر یک از دختران رادن وبرابر با انرژیMev  1/3 ×10⁵ می باشد. پتانسیل انرژی آلفا و یک اتم در زنجیره واپاشی رادن عبارت است از کل انرژی آلفا ساطع شده در طول واپاشی این اتم تا Pb²¹⁰ که اتم نا پایدار در این زنجیره می باشد.

چون اندازه گیری غلظت محصولات رادن در دوره ای طولانی مشکل و پر هزینه است بنابر این سعی شده است که غلظت گاز رادن اندازه گیری شود. به علت اینکه اندازه گیری خود گاز راحت تر و کم هزینه تر است و ثانیاً با به  دست آوردن فاکتور تعادل ، چون این فاکتور به طور نسبی ثابت است  میتوان غلظت محصولات رادن را نیز به دست آورد. پارامتر مورد نظر برای محصولات واپاشی گاز رادن به نام غلظت هم ارز تعادلی (Equilibrium Equivalent concenteration) گاز رادن ، به دست آمده که از طریق ضریب موازنه F ( فاکتور تعادل ) می توان این پارامتر را به دست آورد . غلظت پتانسیل انرژی آلفا (PAEC) هر مخلوطی از دختران رادن در هوا به صورت غلظت هم ارز تعادلی مادر آنها(رادن ) نیز بیان می شود .غلظت هم ارز تعادلی مربوط به یک مخلوط غیر تعادلی از دختران رادن در هوا عبارت است از غلظت فعالیت رادن در حالت تعادل با دختران کوتاه عمر خود که دارای همان میزان پتانسیل انرژی آلفا در مخلوط غیر تعادلی باشند . غلظت هم ارز تعادلی بر اساس غلظت تک تک محصولات واپاشی گاز رادن ، به دست می آید .

میزان تعادل پرتوزایی بین رادن -222 و دختران آن از عوامل مهم در میزان پرتو گیری به شمار می رود. بر این مبنا فاکتوری به نام فاکتور تعادل (F) تعریف شده که عبارت است از میزان تعادل پرتوزائی بین رادن و محصولت واپاشی آن .

میانگین فاکتور تعادل برای رادن در هوای محیط بسته 0/4 و برای محیط باز 0/6 تعیین شده است که دامنه آن در اندازه گیری های مختلف بین 0/1 تا 0/9 برای  محیط بسته و 0/5 تا 0/7 برای محیط باز قرار داشت. در معدن های فعال که دستگاه های تهویه هوا سریع کار می کنند و قوی می باشند و سرعت خوبی برای جابجائی هوای داخل دارند فاکتور تعادل کمتر از 0/4 می باشد. فاکتور تعادل با غلظت هم ارز تعادلی گاز رادنX_Eq نیز رابطه مستقیم دارد. چندین فاکتور بر شرایط تعادل اثر می گذارند که شامل میزان تهویه ، غلظت آئروسل ها در هوا و سایز آئروسل ها می باشند .طی مطالعاتی در کشور آلمان مشخص شد که فاکتور تعادل معمولاً در اوایل بعد از ظهر تحت یک سری از شرایط هوایی میزانش افزایش پیدا می کند.تغییرات فصول افزایش قابل توجهی بر روی فاکتور تعادل دارد . روز هایی که همراه با باران و یا وزش تند باد ، تحت شرایط آشفته اتمسفری هستند دارای مقدار میانگین پایینی از فاکتور تعادل می باشند. پس نتیجه ای که می توان گرفت این است که فاکتور تعادل ارتباط قوی با غلظت آئروسل ها در محیط دارد.

-تبدیل پرتوزایی به دز مؤثر

پرتوگیری از دختران با نیمه عمر کوتاه رادن براثر تنفّس  ، منجر به توزیع نا همگن دز در دون سیستم تنفّسی می گردد.برای ارزیابی و کنترل پرتو گیری های ناشی از رادن باید حدود دز مشخّص گردد . پرتو گیری ا فراد ناشی از ترکیب تمام فعالیت های مربوطه باید تابع حدود دز یا کنترل ریسک ناشی از پرتو گیری های بالقوّه باشد. این حدود باید در حد اطمینانی تعیین شوند که هیچ فردی در معرض ریسک های ناشی از پرتو ها قرار نگیرد.

دز جذب شده ، درسلول های بحرانی مسیر تنفّسی از پرتو گیری گاز رادن نتیجه می شود که مقدار این دز از آنالیز اطلاعاتی در مورد توزیع سایر آئروسل ها ، کسر نچسبیده ، میزان تنفّس ، کسر ته نشین شده در مسیرهای هوایی و موقعیّت سلول های هدف در مسیر های هوائی به دست می آید.

طبق نشریه شماره (1991)  ICRP ضرایب احتمالی تخمینی برای پرتو گیری طولانی کارگران از سن 18 تا 65 سالگی در نظر گرفته شده ا ست . کمیسیون حفاظت رادیولوژیکی یک ضریب احتمالی تخمینی ( میزان مرگ و میر ) برای رادن در مردان و زنان  ، معادل 8 × 10^-5 (mjhm^-3)^-1 در نظر گرفته است  که مقدار مربوطه در واحد های تاریخی  2/83 × 10^-4 WLM^-4 می باشد که به3× 10^-4 WLM^-1

گرد می شود.

چون بیشتر کارگران در معرض رادن هستند  وهمچنین در معرض منابع پرتوزای دیگر نیز قرار خواهند گرفت بنابر این ایجاد یک تبدیل از پرتو گیری رادن به دز مؤثر مفید می باشد، کمیسیون حفاظت رادیولوژیکی از یافته های دزیمتری برای رادن استفاده نکرده است  بلکه این تبدیل به وسیله یک مقایسه مستقیم از ضرر و زیان مربوط به واحد دز مؤثر  و واحد پرتو گیری گاز رادن به دست آمده است .

ضرر وزیان موجود در واحد دز مؤثر عبات است از:

برای کارگران 5/6 × 10^-5(msv)^-1

برای افراد جامعه7/3 × 10^-5 (msv)^-1

ضرر وزیان در واحد پرتوگیری دز دختران رادن  8×10^-5 (mjhm^-3)^-1 برای کارگران و همان مقدار برای افراد جامعه در نظر گرفته می شود.ضرر وزیان ناشی از واحد پرتوگیری دختران رادن معادل(1mjhm^-3)^-1 برابر با یک دز مؤثر 1/43msv برای کارگران و1/10msv برای اعضای جامعه می باشد.تبدیلات زیر قواعد تبدیل نام دارند این قواعد بر اساس کیفیت ضرر و زیان بوده و بر اساس دزیمتری نمی باشند.

برای کارگران با در نظر گرفتن 2000ساعت کار در سال (خارج از خانه)

8×10^-5 :5/6×10^-5 =1/43msv(1mjhm^-3)^-1

1/43msv(1mjhm^-3)^-1 =1/4 msv(1mjhm^-3)^-1=5msvWLM^-1

برای اعضای جامعه بادر نظر گرفتن 7000 ساعت ماندن در خانه در سال (داخل خانه)

8×10^-5 : 7/3×10^-5=1/10msv(1mjhm^-3)^-1

1/10msv(1mjhm^-3)^-1=4msvWLM^-1

4msvWLM^-1=6nsv(Bqhm^-3)^-1

کل دز مؤثر سالانه در یافتی از رادن 1/2msv از راه تنفس و محصولات واپاشی آن در هوا می باشد.میانگین دز مؤثر سالانه ناشی از مواجهه شدن با گاز رادن -222 که درخون حل شده است و در سرا سر بدن انتشار یافته بر آورد شده است که برابر با 0/05msv می باشد و مقدار 0/002msvناشی از گاز رادن موجود در آب آشامیدنی مورد استفاده می باشد.

-حفاظت عملی در محیط های کاری (آستانه اقدام)

کمیسون   بین المللی   حفاظت   رادیو لوژیکی (ICRP)     توصیه می نماید که از یک  تراز اقدامی (Action level) برای تعریف محیط کار استفاده گردد..آستانه اقدام مقداری از آهنگ دز یا غلظت پرتوزائی می بشد که اگر پرتو گیری ممتد یا پرتوگیری اورژانس از آن تجاوز شود ، اقدامات چاره ساز حفاظتی باید انجام گیرد.این آستانه اقدام نشان می دهد که در چه مقداری ، مداخله جهت کاهش پرتو گیری از گاز رادن می باید انجام گیردو بهترین عمل برای شروع انجام دادن اقدامات جبران کننده به منظور کاهش غلظت رادن به یک مقدار مناسب زیر آستانه اقدام می باشد . مقدار آستانه اقدام که کمیسیون در محیط های کاری توصیه نموده است Bqm^-3 500-1500 بکرل بر متر مکعب می باشد.

آستانه اقدام توصیه شده توسط ICRP(1994) برای کشور های مختلف و استراتژی های مختلف برای مقابله باآن در آمریکا  200-600 Bqm^-3، Bqm^-3 148در لوکزامبورگ، 150 Bqm^-3 در ایرلند و 200 Bqm^-3  برای انگلیس در نظر گرفته شده است .در اکثر کشور های اروپائی مقدار Bqm^-3 400 برای خانه های قدیمی ساز و Bqm^-3  200برای خانه های نوساز در نظر گرفته اند.(Akerblom1999).

آستانه اقدام (500-1500) در محل های کاری به راحتی از میانگین آستانه اقدام محل های مسکونی به دست می آید ، بدین صورت که با ضرب کردن (نسبت ساعت اشتغال ) و (نسبت ضریب تبدیل دز) ، که نتیجه (500-1500) به دست می آید . واین مقدار بر اساس فاکتور تعادل 0/4 به دست آمده است. در کشور ما 1000 Bqm^-3  آستانه اقدام در نظر گرفته شده استکه این مقدار تقریباً معادل 6 میلی سیورت دز مؤثر سالیانه می باشد.

-انتخاب وکاربرد حد دز

حد دز توصیه شده به وسیله کمیسیون بین المللی رادیولوژیکی (ICRP) برای دز مؤثر مقدار 20msv در سال که میانگین یک دوره پنج ساله 100msv می باشد به این شرط که دز مؤثر نبایداز 50 msv در یک سال تجاوز نماید، حتی اگر تمام پرتو گیری در مدّت یک سال و در یک دوره کوتاه تحمیل می شود ، دزهای جذب شده به بافت های ریه به اندازه کا فی بالا نخواهد بود که باعث اثرات قطعی شود .

جدول (   ) حدود مجاز پرتو گیری افراد جامعه و کارکنان

که این مقادیر برای پرتو گیری از دختران رادن با استفاده از ضرایب تبدیل به مقادیر زیر تبدیل می گردد.

20msv معادل با mjhm^-314یا 4WLMدر سال در یک دوره 5 ساله.

50msv  معادل با mjhm^-335  یا 10WLMدر یک سال .

اندازه گیری میزان دز دریافتی توسط کارکنان در معادن بر مبنای توضیه های ICRP و نیز با توجّه به خطرات مربوط به پرتو گیری های داخلی و خارجی صورت می گیرد. آستانه اقدام Bqm^-3   1000 معادل با دز مؤثر 6msv برای محیط های کاری بسته می باشد.

شیوهای برای ارزیابی مقدار ذز محصولات کوتاه عمر رادن بر پایه اندازه گیری پرتو جمعی وجود دارد . اندازه گیری پرتو جمعی براساس سطح کاری ماهیانه می باشد(working level month )  که چنین تعریف شده است: پرتو گیری از یک سطح کاری برای یک دوره یک ماهه (1 WLM=170WL.h) با در نظر گرفتن میانگین 170 ساعت کار در هر ماه که کارگران در محل کاری خود سپری می کنند .

 یک سطح کاری ماهیانه معادل 3/54 میلی ژول – ساعت (mj.h) در هر متر مکعب هوا و برابر 5/06WLM است . میزان حد آستانه (Threshold limit value) که در اکثر کشور ها پذیرفته شده 4WLM در هر سال می باشد که نباید شخصی در معرض پرتو گیری جمعی اضافی از این حد در سال قرار گیرد .

 -روشهای اندازه گیری غلظت گاز رادون و محصولات واپاشی کوتاه عمرآن

با توجه به اینکه گاز رادون و دختران آن ساطع کننده پرتوهای آلفا ، بتا وگاما میباشند لذا روشهای متعددی جهت اندازه گیری آنها وجود دارد، این اندازه گیری ها ممکن است به صورت فعال یا غیر فعال و در مدت زمان طولانی صورت گیرند. در غیر فعال(passive) غلظت رادن و دختران آن تحت شرایط طبیعی اندازه گیری میشوند ورادن فقط در اثر انتشار وارد حجم مشخصی می شودو احتیاج به یک زمان طولانی دارد. این شیوه ها برای اندازه گیری تقریبی رادن ومحصولاتش به کار می روند.در روش فعال(active) که شامل عبور دادن گاز رادن به درون اتاقک یا دستگاه آشکار ساز می باشد که احتیاج به ابزاری چون پمپ و ابزارآلات الکتریکی دارد.

  دستگاه های غیر فعال(passive devices )

در این روش از هیچ پمپی جهت کشیدن هوا به داخل دستگاه استفاده نمیشود. حسگرهای آشکار ساز در داخل یک ظرفی که دارای دهانه باز برای ورود رادن به داخل آن میباشد، قرار داده میشوند.که این ظرف باید طوری طراحی گردد که از آشکارساز حفاظت نماید، وباید دارای فضای بزرگی باشد که ذرات آلفا تولید شده به اشکار ساز برخورد کرده و تا حد امکان در کوتاه ترین زمان شناسایی شوند. آشکار سازهای مختلفی که در این گروه به کار می روند شامل آشکارسازهای ردپای هسته ای حالت جامد(SSNTD) ، تکنیک جذب سطحی، آشکا ساز های ترمولومینسانس و اتاقک یونیزاسیون می باشند.

-تکنیک جذب سطحی

این تکنیک براساس جذب سطحی گاز بر روی یک محیط جاذب مثل زغال فعّال و بعد اندازه گیری پرتوزائی گاما از دختران به دام افتاده یعنی سرب- 214 و بیسموت- 214 است که بااستفاده از شمارنده سوسوزن NaI اندازه گیری می شود.وقتی محیط جاذب زغال فعال باشدتکنیک(ROAC)  نام دارد. در این تکنیک زغال درون یک ظرف پلاستیکی مانند سیلیکون در محل قرار می گیرد که دریچه آن باز است( به مدّت 4 تا 12 روز در محیط می ماند). بعد از این مدت قوطی خارج شده و دریچه آن بسته میشود. سپس یه آزمایشگاه منتقل میشود و پرتوزائی گاکای ان با استفاده از شمارنده سنتیلاسون NaI که به وسیله تالیم فعال شده NaI(TL) تعیین میگردد. پرتوزائی رادن، اگر قوطی سرپوش کاملاً نسبت به گاز رادن قابل نفوذ نباشد ، کاهش پیدا می کند.

- آشکارسازهای ترمولومینسانس(TLD)

در اثر تابش پرتوهای یونساز به برخی از کریستال ها  کسری از انرژی پرتودر کریستال ذخیره میشود. اگر به این کریستال حرارت داده شود انرژی ذخیره شده در دماهای معینی به صورت نور مرئی ظاهر میشود. این پدیده ترمولومینسانس نامیده میشود. شدت نور ترمولومینسانس به انرزی جذب شده از پرتو های یونساز ارتباط مستقیم دارد، از این رو میتوان از پدیده ترمولومینسانس برای دزیمتری پرتوها استفاده کرد. براساس این اصل چند ین دزیمتر (TLD)  توسعه داده شده است. برای تشخیص دادن ، بیشتر روی پرتوزائی آلفای دختران رادن تکیه میشود. رادن وارد فضای آشکارسازی که دارایTLD هست می گردد. یک صفحه فلزی در فاصله کوتاهی مقابل TLD هست، این صفحه میتواند هم دارای ار الکتریکی  به منظور داشتن راندمان بالائی از جمع آوری باشد و هم باردار نباشد.

دختران رادن روی صفحه قرار گرفته  ونهایتاً واپاشی می کنند به این ترتیب تولید انرژی ذخیره شده در TLD می کنند. سپس پرتوگیری متناسب با مقدار رادن موجود در محیط TLD بازیافت شده و توسط دستگاه های خواننده TLD قرائت می شود.

-3-1-10-10 آشکارسازهای ردپای هسته ای حهلت جامد(SSNTD)

در این روش ذرات آلفای تولید شده ضمن برخورد با آشکارساز اثراتی به صورت ردپا (شیار) از خود بر جای می گذارند که پس از ظهور به روش الکتروشیمی ونیز با استفاده از میکروسکوپ ، قابل رؤیت و شمارش خواهند بود.SSNTD ها حساسیت های مختلفی دارند. برخی از این آشکارسازها به ذرات آلفایی  که در محدوده انرژی ذرات ساطع شده توسط رادن هستند، حساس می باشند که دارای استرسلولزهای (نیترات و استات) و پلی کربناتهائی مثل پلی کربناتBis- phenola و CR39 هستند.

پرتو های β و γ تولید ردپاهای قابل ثبت نمی کنند. این آشکار سازها نسبت به رطوبت ، درجه حرارت های پائین ، گرم شدن های ملایم و نور بی اثر هستند. خاصیت آشکار سازی آنها کیفیت ذاتی موادی است که از آنها ساخته شده اند و احتیاجی به منبع انرژی ندارند.

آشکارسازهای گازی (اتاقک یونیزاسیون)

- از مهمترین آثار الکتریکی پرتوها درحیط، ایجاد یونش است و مهمترین کاربردویونش ناشی از برخورد پرتو با ماده را می توان در آشکارسازهای گازی مشاهده کرد. در این آشکارسازها فضای مابین دو الکترود از گاز مناسبی پر شده است والکترودها به اختلاف پتانسیل V متصل می شوند. در اثر برخورد پرتو به آشکارساز ، تعدادی از اتمهای گاز یونیزه شده و نتیجتاً تعدادی جفت یون ( الکترون و یون مثبت ) تولید می شود جفت یون ها تحت تاثیر اختلاف پتانسیل اعمال شده به سمت الکترون ناهمنام حرکت کرده، جذب میشوند ودر نتیجه در خروجی ؛ جریان یا پالس الکتریکی تولید میشود.از معایب عمده اتاقک یونش ضعیف بودن پا لس های خروجی می باشد که نیاز به تقویت کننده یا یک شمارنده بسیار حسّاس دارد. به عبارت دیگردر این نوع اشکارسازها فقط ذرات سنگین آلفا وپروتون آشکار می شوند، زیرا پالس های خروجی ناشی ازاین پرتو ها نیاز به تقویت ندارند که این خود نوعی حسن است. از محاسن مهم این آشکارسازی بستگی بزرگی پالس حاصل به تعداد جفت یون های تولید شده می باشد.

-کارت آلفا(Alpha Card)

این سیستم یک روش اندازه گیری غیر فعّال رادن است که یک وسیله حساس را برای اندازه گیری رادن فرآهم می کند. کارت آلفا یک ورقه 4/5 x 4/5 سانتی متری با یک سوراخ به قطر 2/5cm  در مرکز آن می باشد.این سوراخ توسط یک غشای نازک پوشانده می شود. کارت در یک لیوان به صورت معلق قرار می گیرد. این وسیله برای یک مدت زمانی ( از 12 ساعت تا چند روز ) در محل قرار می گیرد. رادن بعد از ورود به حجم آشکار سازی واپاشی کرده و محصولات دختر روی غشای نازک می نشیند. سپس کارت آلفا  برداشته و خوانده می شود. اکتیویته آن توسط یک آشکار ساز سیلیکونی که فقط به ذرات آلفا حساس است شمرده می شود. وسیله خواندن کارت شامل دو دتکتور سیلیکون که روبه روی یکدیگر قرار گرفته اند می باشد. کارت آلفا بین دو دتکتور قرار می گیرد . چون غشای جمع آوری بسیار نازک است ، ذرات آلفای منتشر شده از دو طرف کارت به یکی از دو دتکتور برخورد می کند.در این حالت یک بازدهی شمارش خوب به دست می ۀید. دستگاه خواننده کارت یک وسیله کوچک ، پرتابل و باتری دار است که می تواند در محیط به کار رود.زمان نرمال برای خواندن کارت 5 دقیقه است.مشکل تورن در این تکنیک با این واقعیت که محصولات دختر تورن دارای نیمه عمر بلند تری نسبت به دختران رادن می باشند حل می شود. بنابر این در زمانی مثل 5 ساعت بعد از برداشتن کارت اکتیویته دختران رادن به صفر می رسد. یک شمارش ثانویه اندازه گیری غیر مستقیم از تورن را نتیجه می دهد.

- آشکار ساز الکترت(Electret detector)

 الکترت قطعه ای از یک ماده دی الکتریک است که تقریباً یک بار الکتریکی دائمی دارد. این بار یک میدان الکترواستاتیک قوی ایجاد می کند که قادر است یون های با علامت مخالف را جمع آوری کند.در این صورت کل بار الکترت کاهش می یابد.

یک مونیتور الکترت رادن از یک قوطی فولادی ساخته شده که در قسمت بالا در داخل آن الکترت ثابت شده است. در ته قوطی یک ورودی برای عبور گاز رادن به داخل دستگاه از میان یک فیلتر تعبیه شده است. رادن در طول واپاشی ذرّات یونیزه کننده به وجود می آوردکه در حجم داخلی وسیله یونها را ایجاد می کند. این یون ها جمع آوری شده و بار الکترت را تغییر می دهند. بعد از مدتی پتانسیل سطح الکترت توسط یک روش شاتر (shutter) با یک وسیله سبک که با باتری کار می کند، اندازه گرفته می شود.

این روش غیر مخرّب بوده و الکترت ها می توانند چند بار اندازه گرفته شوند بدون اینکه مقدار بار آنها به طور قابل ملاحظه ای کاهش یابد.بعد از کالیبراسیون مناسب دزیمتر الکترت میتواند یک منحنی پاسخ – در بدهد.مشخص شده که حساسیت و برد دینامیکی دتکتور بستگی به حجم اتاقک و ضخامت ماده حسّاس دارد.دزیمتر الکترت چند مزیّت دارد: توانایی ذخیره اطّلاعات در طول پریود های زمانی نسبتاً طولانی ، عدم وابستگی به رطوبت محیط و سادگی خواندن آن . ازطرف دیگر یکی از معایب آن نسبت به دتکتور های دیگر این است که منحنی دز – پاسخ آن  دز های خیلی پائین و خیلی بالا را به طور کامل نمی پوشاند. همچنین به تشعشع گامای زمینه حساس می باشد که در بعضی موارد می تواند خطای قابل ملاحظه ای ایجاد کند یا حتی مانع استفاده از آنها شود.

 دستگاه های فعال(Active Device )

دراین دستگاه ها گازرادن با استفاده از یک پمپ به داخل مکیده می شود و قسمت فعّال جهت آشکارسازی و دخترانش کلاً دستگاه های الکتریکی یا الکترونیکی هستند. تکنیک های قبلی که توضیح داده شدند اگر پمپ به آنها اضافه شوند ، میتوانند به یک دستگاه فعال تبد یل شوند . نوع دیگری ازاندازه گیری فعال نمومه برداری ازرادن با حجم مشخصی ازهوا Grap Sampling             است . پس از نمونه برداری باحجم مشخصی ازهوا ، آب یا حلالی که حاوی رادن است را به ازمایشگاه جهت اندازه گیری انتقال میدهند .برخی از روش های فعال اندازه گیری رادن و دختران آن عبارتند از روش اندازه گیری به وسیله اتاقک سنتیلاسیون یا روش لوکاس، روش دو فیلتره ، طیف سنجی آلفا ، روش کوزنتز(Kuzents) و روش توماس.

روش طیف سنجی آلفا

 دراین روش تعداد کل ذرات آلفای منتشره برروی فیلتردرمدت زمان مشخص شمارش می شوند

-روش اندازه گیری رادن به وسیله اتاقک سنتیلاسیون یا روش لوکاس(Lucas)

در این روش که یکی از قدیمی ترین و مطمئن ترین روش ها جهت اندازه گیری گاز رادن محسوب می شود. در اثر برخورد ذرات آلفای ناشی از رادن و دختران ان با ماده سنتیلاتور؛ فوتون حاصل می شود که با استفاده از تقویت کننده نوری میتوان آن را اندازه گیری کرد. برای انداره گیری غلظت رادن ، ابتدا باید اتاقک به وسیله پمپ  خلاٴ تخلیه شود. هوای نمونه ابتدا از طریق  دریچه ای وارد شده وسپس برای پاک شدن از دختران رادن  فیلتر گیری شود. اتاقک یک ظرف شیشه ای ، آلومینیومی یا از جنس پلکسی گلاس است که جدار داخلی آن با Zns(Ag) که تولید کننده فوتون است پوشیده می شود. در حال حاضر اکنون به جای تشدید کننده فوتون از صفحات با کانال های بسیار کوچک استفاده میشود. حساسیت این روش به مدت زمان شمارش بستگی دارد و به مقدار کمی نیز میتوان با افزایش حجم اتا قک  ، حساسیت را تا حدود چندBqm^-3  بهبود بخشید. هوای نمونه که داخل اتاقک میشود را سه ساعت می گذارند تا به تعادل پایدار برسد. درتعادل پایدار ، انتشار آلفا در هر سطحی از واپاشی به طور مساوی می باشد.

شمارش سنتیلاسیون همچنین برای ارزیابی میزان رادن در فاز مایع که استخراج میگردد میتواند انجام شود. مثل تعیین رادن در آبهای زیر زمینی. میزان انحلال رادن در تولوئن بیش ازآب بوده و به راحتی میتوان ان را به وسیله مخلوط کردن آب با تولوئن استخراج نمود. زیرا تولوئن و آب دو مایع غیر قابل مخلوط شدن می باشند. پس مقدار استخراج شده توسط  تولوئن را میتوان از طریق سنتیلاسیون مایع  ، هم با استفاده از تولوئن به عنوان مایع سنتسلاسیون کننده و هم توسط افزایش مقادیر معمولی  از سنتیلاسیون مایع دیگر مثل 2،5 دی فنیل اگزازول (ppo)  و  4- bis – 2(5- فنیل اگزازولیل) بنزن (popup) تعیین کرد.

سنتیلاتور ها سه دسته هستند که شامل معدنی، آلی و گازی میباشند. از انواع معدنی میتوان به یدور سدیم با ناخالصی تالیم NaI(TL) ، یدور سزیم با ناخالصی تالیم CSI(TL)  ، یدور کلسیم با ناخالصی سدیمCaI(Na)  اشاره کرد.

- روش توماس یا روش سه شمارش

شمارش سه بار بدون ارتباط با هم بعد از نمونهبرداری انجام می گیرد. این روش خیلی دقیق تر تا روش های دیگر می باشد.در این روش فیلتر با احتیاط به محل گه دارنده فیلتر منتقل می شود. هوا به مدت پنج دقیقه با حجم معینی توسط پمپ مکش میشود. شمارش گر پس از اتمام نمونه بردازی به فواصل زمانی دو تا پنج دقیقه ، شش تا بیست دقیقه ، بیست و یک تا سی دقیقه برای شمارش عمل می کنند. این روش برای محصولات واپاشی کوتاه عمر رادن، حساسیتی برابر با یک پیکر کوری بر لیتر برای هر هسته پرتوزا دارد.

-روش استاندارد اندازه گیری رادیوم-226 درنمونه های آب

روش کار

1- دو لیتر از نمونۀ آب را که قبلاً به وسیله 20 میلی لیتراز اسید نیتریک غلیظ اسیدی شده است را از الک 250μm عبور می دهیم.

2- پنج  میلی لیتر اسید به نمونه اضافه می کنیم .

3- نمونه را با آمونیاک قلیائی کرده و حامل های سرب و باریم به آن اضافه می افزائیم . مقدار حامل های سرب و باریم با توجه به نوع آب متفاوت می باشد . در مورد آب های زیر زمینی 40 میلی گرم حامل سرب(pb⁺² 40mg)  و 60 میلی گرم حامل  باریم(Ba⁺²60mg) و برای آبهای سطحی 60 میلی گرم حامل سرب(pb⁺⁴60 mg) و40 میلی گرم حامل باریم(Ba⁺²mg) مورد نیاز است.

4- نمونه را تا نقطه جوش حرارت می دهیم.

5- ده میلی لیتر متیل اورانژ به آن اضافه می کنیم ودر حال هم خوردن اسید سولفوریک(1+1) اضافه می کنیمتا محلول به رنگ صورتی پایدار درآید. سپس چند قطره اسید سولفوریک اضافی به آن اضافه می کنیم. دراین مرحله رسوب تشکیل می شود.

6- جهت ته نشین شدن رسوب ، نمونه را به مدت 24 ساعت در محل آرامی نگه می داریم.

7- محلول روی رسوب را دور می ریزیم و رسوب را سانتریفیوژ می کنیم.

8- رسوب را دو بار با اسید سولفوریک 1٪ شستشو می دهیم.

9- بیست میلی لیتر EDTA و ده میلی لیتر آمونیاک به رسوب اضافه کرده ، در لولۀ سانتریفیوژ را گذاشته و در حمام شنی تاحل شدن کامل رسوب قرار می دهیم.

10- دو قطره متیل اورانژ به نمونه اضافه کرده و با احتیاط وارد بابلر می کنیم.

11- پنج دقیقه ازت از بابلر عبور داده ، شیرهای بابلر رابسته و زمان وتاریخ را یادداشت می کنیم.

12- مدت بیست و یک روز بابلر را در یخچال نگه داری می کنیم و سپس گاز رادن حاصله را به سلول لوکاس ( با شمارش زمینه مشخص) وارد کرده وتوسط دستگاه اسپکترومتری آلفا شمارش می کنیم.

-تکنیک های اندازه گیری ا ستاندارد رادن راخلی

(U.S.Enviromental protection Agency)EPA استراتژی خاصی برای استفاده از سیستم های مختلف اندازه گیری برای دسترسی به غلظت رادن در منازل و ساختمان ها بیان کرده است

همانطور که می دانیم غلظت رادن در منزل  میتواند تغییرات زیادی با زمان داشته باشد.علاوه بر آن غلظت در نقاط مختلف یک خانه متغییر است.به دلیل این تغییرات فضائی و زمانی ، EPA استفاده از یک اندازه گیری منفرد را برای تخمین دقیق ریسک سلامتی ویا یک تصمیم حساب شده برای عملیات کاهش رادن درست نمی داند.EPA روشی را برای ممکن ساختن کمترین اندازه گیری برای کسب نتایج دقیق و قابل اعتماد را پیشنهاد کرده است. EPA یک استراتژی دو مرحله ای با شروع با یک اندازه گیری اولیه که در منازل با شرایط بسته بودن در ها و پنجره ها و خاموش بودن فن ها  و...و در یک محلی که غلظت رادن بالاتر است پیشنهاد می کند. بسته به نتایج این اندازه گیری می توان برای دسترسی به غلظت متوسط رادن برای فضاهای قابل سکونت اندازه گیری را ادامه داد.

-اندازه گیری اولیّه

EPA پیشنهاد کرده است که با اندازه گیری اولیه باید بتوان با سرغت و هزینه کم افراد تحت پرتودهی با غلظت بالای رادن را تعیین کردوسپس تصمیم گرفت که آیا اندازه گیری های بعدی لازم است و اگر لازم است چه اندازه گیری هایی لازم است.اندازه گیری های اولیه ، بایدساده و ارزان باشد .اندازه گیری اولیه باید: 1- در پائین ترین سطح (از نظر ارتفاع) خانه که در حال حاضر که در آن اقامت می شود یا بعداً می تواند به عنوان محل سکونت استفاده شود انجام شود.2- تحت شرایط مسدود در خانه انجام شود.

در بسیاری از منازل کم ارتفاع ترین یا نزدیک ترین سطح قابل  سکونت به زمین زیر زمین می باشد. بالاترین غلظت رادن یا محصولات واپاشی معمولاً در چنین سطوحی که به خاک نزدیکتر است مشاهده می شود. همچنین غلظت رادن معمولاً زمانی که درها وپنجره ها بسته باشند وفن ها خاموش باشند بالاتر وپایدارتر است.

 بنابراین  اندازه گیری اولیه ، اطلاعاتی را درباره بالاترین غلظتی که ساکنین میتوانند تحت آن پرتو بگیرندرا فرآهم می کند. اطلاعاتی وجود دارد که نشان می دهد غلظت رادن در زیرزمین چند برابر بیشتر از اتاق های بالای زیر زمین می باشد. بنابراین اگر نتایج اندازه گیری رادن در زیر زمین خیلی پائین باشد ، احتمال زیادی وجود دارد که غلظت متوسط در اتاق ها که به عنوان فضاهای مسکونی استفاده می شمند، پائین تر باشد و نیاز به اندازه گیری های بیشتر از بین برود.

اسفاده از پروتکل EPA  امکان اشتباه در شناسا یی خانه هایی که دارای غلظت به اندازه کافی بالای رادن برای عملیات کاهش دارند، اما به دلیل نتایج کوچک اندازه گیری به عنوان چنین منازلی شناخته نشده اند را کاهش خواهد داد.نتیجه چنین اشتباهات منفی این است که اندازه گیری های بیشتر انجام نمی شود بنابرای ن غلظت های باالقوه بالا هرگز مشخّص نمی شود. توصیه دیگر EPAاین است که تمام اندازه گیری های کوتاه مدت ( باطول کمتر از سه ماه) در دوره هایی از سال که پنجره ها به طور نرمال بسته هستند انجام شود. برای اکثر شرایط آبو هوایی این در طول ماه های زمستان است . هدف این توصیه این است که اندازه گیری کوتاه مدت در طول زمانی که غلظت رادن بالاترین وپایدار ترین حالت را دارد انجام شود.

- اندازه گیری های تعقیبی ثانویه

هدف از اندازه گیری های تعقیبی تخمین غلظت متوسط سالیانه در فضاهای مسکونی و سپس کاهش غلظت می باشد.نیاز به انجام این اندازه گیری ها وابسته به نتایج اندازه گیری های اولیه است . اگر نتیجه اندازه گیری های اولیه کمتر از 150 Bq /m³ باشد اندازه گیری تعقیبی لازم نیست انجام شود.اگر نتیجه اندازه گیری کمتر از حدود 740Bq/m³ اما بیشتر از 150Bq / m³ باشد EPA توصیه می کند که اندازه گیری تعقیبی شامل اندازه گیری های انتگرالی یا یک سری اندازه گیری در طول 12 ماه در چند نقطه از فضاهای مسکونی انجام شود. اگر در اندازه گیری های اولیه نتیجه بزرگتر از740Bq/m³  باشد یک اندازه گیری تعقیبی کوتاه مدت بالای حداقل 24 ساعت در چند نقطه خانه تحت شرایط کاملاً مسدود خانه باید انجام شود. چون در غلظت های بالا یک سال پرتو دهی می تواند سبب افزایش مهمی در ریسک سلامتی باشد.پیشنهاد شده که اندازه گیری تعقیبی حداقل در دو طبقه جداگانه یک خانه انجام شود ویکی ازاندازه گیری ها در اتاق خواب انجام شود. چون زمان حضور در اتاق خواب بیشتر از اتاق های دیگر است. این اندازه گیری تعقیبی نباید در آشپزخانه یا حمام انجام گیرد . چون فن باغلظت بالاتر ذرات معلق در هوا در آشپزخانه  میتواند روی نتایج اندازه گیری های کوتاه مدت محصولات واپاشی رادن اثر بگذارد.نتایج اندازه گیری در اتاق های مختلف باید متوسط گیری شده و با راهنمای غلظت متوسط سالانه EPA مقایسه شودتا ریسک سلامتی تخمین زده شده و برای عملیات کاهش رادن تصمیم گرفته شود.