Η «Σχολική Έρευνα για το Ραδόνιο»: μετρώντας ραδιενέργεια στο σπίτι Teach article

Μετάφραση από Ζαχαροπούλου Όλγα (Olga Zacharopoulou). Ο Marco Budinich και ο Massimo Vascotto παρουσιάζουν ένα σχολικό πείραμα μέτρησης των επιπέδων ραδονίου στο δικό σας σπίτι.

Η απλή λέξη «ραδιενεργό» παραπέμπει σε κάτι εξίσου μυστηριώδες και τρομακτικό, και λίγοι είναι αυτοί που συνειδητοποιούν ότι τις περισσότερες φορές, η ραδιενέργεια είναι ένα φυσικό φαινόμενο με το οποίο πρέπει να ζήσουμε. Το ραδόνιο είναι ένα φυσικά εμφανιζόμενο ραδιενεργό αέριο και είναι η πιο συχνή αιτία του καρκίνου του πνεύμονα μετά το κάπνισμα, αντιπροσωπεύοντας τη μορφή ραδιενέργειας με το μεγαλύτερο κοινωνικό αντίκτυπο.

Το ραδόνιο διαρρέει από πετρώματα και, επειδή είναι αέριο, αναμειγνύεται με τον αέρα που αναπνέουμε. Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωσή του, σε τόσο υψηλότερα επίπεδα ραδιενέργειας είμαστε εκτεθειμένοι. Η συγκέντρωση ραδονίου δεν είναι η ίδια παντού: ένα σπίτι μπορεί να είναι γεμάτο με ραδόνιο ενώ τα γειτονικά σπίτια να μην έχουν ανιχνεύσιμα επίπεδα ραδονίου. Μιας και το ραδόνιο προέρχεται κυρίως από πετρώματα, η συγκέντρωσή του σχετίζεται με τη σύσταση του εδάφους, την ύπαρξη νερού και γενικά με τη γεωλογία. Γνωρίζοντας πόσο ραδόνιο εισπνέουμε σπίτι, είναι σημαντικό για την υγεία μας^w1. Η «Σχολική Έρευνα για το Ραδόνιο» (‘Radon school survey’ – RSS) project^w2, ^w3 περιλαμβάνει μαθητές λυκείου που μετράνε τη συγκέντρωση ραδονίου στο δικό τους σπίτι.

Συνήθως, η μέτρηση ραδονίου απαιτεί εξοπλισμό πολύ πιο ακριβό από τον προϋπολογισμό ενός σχολείου. Αντί για αυτό, χρησιμοποιούμε μια απλή, ασφαλή και σταθερή μέθοδο για να παράγουμε αποτελέσματα με ουσία, ανιχνεύοντας α-ραδιενέργεια από το ραδόνιο. Ο πυρήνας ενός ατόμου ραδονίου – 222 διασπάται σε πολώνιο-218, εκπέμποντας ένα «βαρύ» σωματίδιο α (ένα πυρήνα ηλίου-4). Όταν το σωματίδιο α συγκρούεται με ένα στερεό σώμα, προκαλεί τοπικές φθορές, όπως μια σφαίρα σε ένα τοίχο, αφήνει μια μικρή τρύπα ή ένα πυρηνικό ίχνος. Ο «τοίχος» μας ήταν ένας πολύ μικρός πλαστικός στόχος. Αφού τον εκθέσουμε σε ραδιενέργεια, μπορούσαμε απλά να μετρήσουμε τον αριθμό των τρυπών που άφησαν τα σωματίδια α και από αυτή την πληροφορία, να υπολογίσουμε τη μέση συγκέντρωση ραδονίου κατά τη διάρκεια του χρόνου έκθεσης.

Το πλαστικό που χρησιμοποιήσαμε, CR39, (γνωστό επίσης και ως PADC – poly allyl diglycol carbonate), αναπτύχθηκε για την κατασκευή πιλοτηρίων αεροπλάνων στο Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο και τώρα χρησιμοποιείται σε άθραυστους οπτικούς φακούς και επίσης στην πυρηνική φυσική για να ανιχνεύσει σωματίδια α και νετρόνια.

Υλικό

• Για κάθε μαθητή, ένα δοσίμετρο ραδονίου CR39 σε ένα πλαστικό κουτί που βιδώνει από πάνω (βλ Εικόνα 3). (Δείτε τη λίστα των προμηθευτών για περισσότερες πληροφορίες)
• Υδροξείδιο του Νατρίου (NaOH)
• Απεσταγμένο νερό
• Ένα λουτρό νερού (ή ένα φθηνό βραστήρα με θερμοστάτη)
• Ένα μικροσκόπιο με μικρο-κάμερα (δείτε ‘Suppliers’)

Μέθοδος

1. Για να μετρήσουμε ποσοτικά το επίπεδο του ραδονίου, αφήστε το δοσίμετρο για ένα με έξι μήνες στο ίδιο σημείο. Το υπνοδωμάτιο είναι μια καλή επιλογή που αντικατοπτρίζει την έκθεσή μας στο ραδόνιο, μιας και είναι το μέρος όπου περνάμε τον περισσότερο χρόνο μας. Μετά από αυτό, ο ανιχνευτής είναι έτοιμος για ανάλυση.

Για να μετατρέψουμε σε ορατά με μικροσκόπιο τα ίχνη που άφησαν πυρήνες α, πρέπει πρώτα να διευρυνθούν με χημική χάραξη.

2. Τοποθετήστε το δοσίμετρο σε ένα δοχείο και καλύψετε το με ένα διάλυμα των 240 γρ. υδροξειδίου του νατρίου ανά λίτρο απιονισμένου νερού. Θερμάνετε στους 80°C για τουλάχιστον 4 ώρες. (Αν χρησιμοποιείται θερμοστατικό βραστήρα, δοκιμάστε τη θερμοκρασία νερού πρώτα.) Αν προετοιμάζετε διάφορα δοσίμετρα, χρησιμοποιήστε νέο διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου κάθε φορά.Τοποθετήστε το δοσίμετρο σε ένα δοχείο και καλύψετε το με ένα διάλυμα των 240 γρ. υδροξειδίου του νατρίου ανά λίτρο απιονισμένου νερού. Θερμάνετε στους 80°C για τουλάχιστον 4 ώρες. (Αν χρησιμοποιείται θερμοστατικό βραστήρα, δοκιμάστε τη θερμοκρασία νερού πρώτα.) Αν προετοιμάζετε διάφορα δοσίμετρα, χρησιμοποιήστε νέο διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου κάθε φορά.

3. Αφήστε το δοσίμετρο να διαβρωθεί για 4 ώρες και μετά ξεπλύνετέ τον καλά. Τα ίχνη είναι τώρα περίπου 10 μm σε διάμετρο και μπορούν να παρατηρηθούν με ένα μικροσκόπιο.
4. Τοποθετήστε το δοσίμετρο κάτω από το μικροσκόπιο, πάρτε μερικές φωτογραφίες και χρησιμοποιήστε τες για να μετρήσετε τα ίχνη πυρήνων και για να καθορίσετε τη μέση πυκνότητά τους (Εικόνα 5).

Η συγκέντρωση ραδονίου υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:

Rn = D fc / Δt

όπου

Rn είναι η συγκέντρωση ραδονίου (Bq/m³)

D είναι η πυκνότητα ιχνών (αριθμός ιχνών/m²)

fc είναι ο παράγοντας κανονικοποιήσης (η πυκνότητα ιχνών που αντιστοιχεί σε 1 Bq/m³ ανά ημέρα έκθεσης. Αυτή η πληροφορία παρέχεται από τον κατασκευαστή)

Δt είναι ο χρόνος έκθεσης.

Αποτελέσματα δειγμάτων

Η συγκέντρωση ραδονίου που βρέθηκε στα σπίτια μας μπορεί να διαφέρει κατά 4 τάξεις μεγέθους κατά τη διάρκεια μιας ημέρας και εξαρτάται από πολλούς παράγοντες συμπεριλαμβανομένου του καιρού και άλλες εποχιακές αλλαγές. Ωστόσο, αυτό που είναι σημαντικό από τη σκοπιά της υγείας είναι η μέση συγκέντρωση ραδονίου. Για αυτό το λόγο οι μετρήσεις ραδονίου γίνονται τυπικά για μεγάλες χρονικές περιόδους.

Από την έναρξη του προγράμματος το 2003, περίπου 2000 μαθητές Λυκείου στη Friuli Venezia-Giulia (βόρειο-ανατολική Ιταλία) έλαβαν μέρος. Χρησιμοποιώντας βαθμονομημένα δοσίμετρα CR39, διεξήγαμε τέσσερις μελέτες μακράς διαρκείας, μερικές μετρήσεις μικρής διάρκειας και μερικές επιβεβαιώσεις σημείων με υψηλά επίπεδα ραδονίου. Το πείραμα συνεχίζεται ακόμα και τα σχολεία που διεξάγουν μετρήσεις είναι ευπρόσδεκτα να υποβάλουν τα δεδομένα τους στο πρόγραμμά μας.

Το καλοκαίρι του 2005, 89% από τις 897 μετρήσεις ραδονίου που έγιναν από μαθητές ήταν κάτω από 200 Bq/m3, δηλ. μικρότερες από το όριο που συνιστά η Ευρωπαϊκή Επιτροπή για τα νέα κτήρια (The Commission of the European Community, 1990). Μόνο 2% (22 μετρήσεις) ξεπέρασαν το όριο των 400 Bq/m³ που συνιστάται για κτήρια που κτίστηκαν πριν το 1990. Από αυτά 0.4% (4 μετρήσεις) ξεπέρασαν τα 1000 Bq/m³, με υψηλότερη μέτρηση να είναι 5699 Bq/m3 (δείτε γράφημα).

Το χειμώνα του 2007, οι 850 μετρήσεις ήταν γενικά λίγο υψηλότερες: 70% κάτω από 200 Bq/m³ και ένα 20% ανάμεσα σε 200 και 400 Bq/m3. Σε αυτή την έρευνα, 10% (88 μετρήσεις) ξεπέρασαν το όριο των 400 Bq/m3. Παρόλα αυτά η υψηλότερη μέτρηση που έγινε ήταν χαμηλότερη από αυτή του καλοκαιριού του 2005: μόνο 3227 Bq/m³ (δείτε γράφημα).

Στις περιπτώσεις που τα επίπεδα ραδονίου ήταν πάνω από τα όρια, η μέτρηση επαναλήφθηκε και αν τα επίπεδα ήταν ακόμα πολύ υψηλά, προτρέψαμε τους μαθητές να επικοινωνήσουν με το τοπικό παράρτημα περιβαλλοντικής προστασίας, το οποίο θα μπορούσε να τους συμβουλέψει πως να κρατήσουν το ραδόνιο έξω από το σπίτι. Ένα παράδειγμα μιας απλής μεθόδου μείωσης ραδονίου είναι ο αερισμός των δωματίων. Μέθοδοι πιο απαιτητικοί σε εργασία περιλαμβάνουν τη μόνωση του σπιτιού από το έδαφος.

Προμηθευτές

Το CR39 μπορεί να αγοραστεί από κατασκευαστές οπτικών φακών ή από προμηθευτές ανιχνευτών ραδονίου^w4 (βλ Εικόνα 1 και 2). Κατασκευαστές οπτικών φακών πωλούν το πλαστικό υλικό (CR39) κομμένο σε οποιοδήποτε μέγεθος (περίπου €1), ενώ οι προμηθευτές ανιχνευτών πουλούν ένα βαθμονομημένο, έτοιμο να χρησιμοποιηθεί, δοσίμετρο ραδονίου CR39 (περίπου €7). Μια πρόταση είναι να χρησιμοποιήσετε τη φθηνότερη μέθοδο για μια ναι/όχι μέτρηση, κρατώντας τους πιο ακριβούς ανιχνευτές για μέρη που το ραδόνιο έχει ήδη ανιχνευτεί.

Χρησιμοποιούμε ένα φθηνό μικροσκόπιο Konus Academy^w5 (μοντέλα 5304 και 5829) με μια μικροκάμερα και το συνοδευόμενο λογισμικό απεικόνισης (βλ Εικόνα 4).

Ευχαριστίες

Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε όλους τους μαθητές, δασκάλους, σχολικό προσωπικό και τις οικογένειες που συμμετείχαν στο πείραμα και τους συνεργάτες μας, την τοπική οργάνωση περιβαλλοντικής προστασίας, ARPAF-VG^w6.

Με ευγνωμοσύνη ευχαριστούμε για την υποστήριξη τους χρηματοδότες μας^w3, Progetto Lauree Scientifiche, INFN, και το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Τριέστης.

Download

Download this article as a PDF