EÖTVÖS LORÁND TUDOMÁNYEGYETEM

TERMÉSZETTUDOMÁNYI KAR

A RADON- ÉS TORONELOSZLÁS VIZSGÁLATA A

ZSÁMBÉKI-MEDENCE ÉSZAKKELETI RÉSZÉN

DIPLOMADOLGOZAT

Készítette:

SZABÓ ZSUZSANNA

KÖRNYEZETTUDOMÁNY SZAKOS HALLGATÓ

Témavezető:

SZABÓ CSABA, PH.D.

EGYETEMI DOCENS,

ELTE TTK, KŐZETTANI ÉS GEOKÉMIAI TANSZÉK, LITOSZFÉRA

FLUIDUM KUTATÓ LABORATÓRIUM

DR. HORVÁTH ÁKOS

EGYETEMI DOCENS,

ELTE TTK, ATOMFIZIKAI TANSZÉK

*UN

IV.B

UD

AP

ESTIN

ENSIS DE EÖTVÖ

SN

OM

.*

FACULTAS SCI. NAT

.

ANNO 1998

ELTE

LRG

Budapest

2009.

TARTALOMJEGYZÉK

1. BEVEZETÉS ........................................................................................................................ 6 

2. A RADON ÉS A TORON .................................................................................................... 7 

2.1. Kémiai és fizikai tulajdonságok ........................................................................... 7 

2.2. A radon és a toron eredete, az urán, a tórium és a rádium geokémiája ............... 8 

2.3. Egészségügyi vonatkozások .............................................................................. 10 

3. A ZSÁMBÉKI-MEDENCE FÖLDTANA ÉS FÖLDRAJZA ........................................ 11 

4. HELYSZÍNI MÉRÉSI PONTOK KIVÁLASZTÁSA ÉS MINTAVÉTEL .................. 13 

4.1. A mérési és mintavételi helyszínek kiválasztása ............................................... 13 

4.2. A helyszínek leírása ........................................................................................... 15 

4.3. A mintagyűjtés menete, a mélyített fúrások és a begyűjtött minták leírása ...... 16 

5. ALKALMAZOTT MÉRÉSI ÉS KIÉRTÉKELÉSI MÓDSZEREK ............................. 19 

5.1. Fajlagos izotópaktivitás meghatározása gamma-spektroszkópia módszerével . 19 

5.2. Radon- és toron-mérések ................................................................................... 22 

5.2.1. A használt műszer, a RAD7 radon detektor működése ............................... 22 

5.2.2. Talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének módszere ........ 25 

5.2.3. Fajlagos radon- és toronexhaláció meghatározásának módszere ................ 26 

5.3. Fizikai talajféleség-kategóriákba sorolás módszere .......................................... 29 

5.4. Izovonalas eloszlástérképek szerkesztésének módszere .................................... 31 

6. MÉRÉSI EREDMÉNYEK ................................................................................................ 32 

6.1. Fajlagos 226Ra (238U-sor), 228Ac (232Th-sor) és 40K aktivitás értékek ................ 32 

6.2. Radon- és toron-mérések ................................................................................... 35 

6.2.1. Talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének eredményei .... 35 

6.2.2. Fajlagos radon- és toronexhaláció mérésének eredményei ......................... 36 

6.3. Fizikai talajféleség-kategóriákba sorolás eredménye ........................................ 38 

7. SZÁRMAZTATOTT EREDMÉNYEK, ELOSZLÁSTÉRKÉPEK ÉS

ÉRTELMEZÉSÜK ................................................................................................................ 40 

8. KÖVETKEZTETÉSEK .................................................................................................... 52 

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS ............................................................................................... 53 

IRODALOMJEGYZÉK ........................................................................................................ 53 

MELLÉKLET ........................................................................................................................ 56 

3

ÁBRA- ÉS TÁBLÁZATJEGYZÉK

1. ábra: Az 238U és a 232Th bomlási sora (Mook, 2001) ................................................. 8 

2. ábra: A Zsámbéki-medence elhelyezkedése ............................................................ 11 

3. ábra: A vizsgált terület és környezetének (Dunától nyugatra) tájékoztató jellegű,

felszíni egyszerűsített litológiai térképe (Kuti et al., 2006), a nyíl az északi irányt jelöli ....... 12 

4. ábra: A terület és környezetének (Budapesttől nyugatra) tájékoztató jellegű,

talajtani térképe (TalajvédelmiAlapítvány, http://www.uni-

miskolc.hu/~ecodobos/ktmcd1/terkep.htm), a nyíl az északi irányt jelöli ............................... 12 

5. ábra: A mintagyűjtési pontok térbeli elhelyezkedése a vett minták darabszámának

jelölésével (az ábrán körülbelül 10*5 km-es terület látható) (Google Earth), a nyíl az északi

irányt jelöli ............................................................................................................................... 15 

6. ábra: A Zsámbéki-mendece északkeleti részén mélyített talajfúrások és mintavételi

rétegek/egységek ábrázolása a rétegek színét megközelítő színezéssel a talajfelszíntől

számított mélység jelölésével ................................................................................................... 17 

7. ábra. A toron bomlása, a RAD7 műszerben az alfa-részecskéket detektáló energia-

ablakok jelének (A, B, D) feltüntetésével ................................................................................ 23 

8. ábra: A mérési elrendezés a talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentrációjának

mérése során (talajgáz szonda, páralekötő, szűrő, RAD7 radon detektor) .............................. 25 

9. ábra: A mérési elrendezés a radon- és toronexhaláció meghatározása során végzett

koncentráció mérés alatt (radonkamra, páralekötő, szűrő, RAD7 radon detektor) .................. 27 

10. ábra: Az 238U koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben ........................... 34 

11. ábra: A 232Th-koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben ........................... 34 

12. ábra: A K-koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben ................................ 35 

13. ábra: A radonexhaláció értékek változása a vizsgált talajrétegekben .................... 38 

14. ábra: A toronexhaláció értékek változása a vizsgált talajrétegekben .................... 38 

15. ábra: Az 228Ac fajlagos aktivitása az 226Ra fajlagos aktivitásának függvényében

trendegyenes illesztésével, a szórás feltüntetésével [a kéktől eltérő színű jelek a következő

mintákat jelentik: zöld - VM-3, rózsaszín - VM-2, lila - VM-1 (nem látszik a többi ponttól) és

narancssárga - TJ-4 minta] ....................................................................................................... 40 

16. ábra: A fajlagos toronexhaláció a fajlagos radonexhaláció függvényében

trendegyenes illesztésével, a szórás feltüntetésével (a kéktől eltérő színű jelek az alábbi

4

mintákat jelentik: zöld - VM-3, rózsaszín - VM-2, lila - VM-1 és narancssárga - TJ-4 minta)

.................................................................................................................................................. 41 

17. ábra: A fajlagos radonexhaláció a fajlagos 226Ra aktivitás függvényében

trendegyenes illesztésével ........................................................................................................ 42 

18. ábra: A fajlagos toronexhaláció a fajlagos 228Ac aktivitás függvényében

trendegyenes illesztésével ........................................................................................................ 42 

19. ábra: A radonexhalációs együttható értékek a vizsgált talajrétegekben ................ 44 

20. ábra: A toronexhalációs együttható értékek a vizsgált talajrétegekben ................. 44 

21. ábra: A toronexhalációs együttható a radonexhalációs együttható függvényében, a

két érték egyenlőségét jelölő piros egyenessel, a fizikai talajféleség-kategóriák jelölésével

(fehér - vályog, citromsárga - agyagos vályog, narancssárgától feketéig - egyre nehezebb

agyag; kék - nincs adat) ............................................................................................................ 45 

22. ábra: A toronexhalációs együttható a radonexhalációs együttható függvényében

Greeman & Rose (1996) adatai alapján, a két érték egyenlőségét jelölő piros egyenessel, a

kiemelkedő agyagtartalmú minták jelölésével (fekete: 70-80% agyagtartalom, barna: 50-60%

agyagtartalom, kék:

5

1. táblázat: A radon és a toron tulajdonságai..................................................................7

2. táblázat: A mérési/mintavételi pontok helye/neve, a közelben megtalálható alappont

száma, a koordináták (földrajzi és EOV) és a fúrásból begyűjtött minták betűjele, illetve

száma ........................................................................................................................................ 14 

3. táblázat: A talajminták jele, származási mélységköze és a helyszínen megállapított

fizikai és anyagtani jellemzőik ................................................................................................. 18 

4. táblázat: A RAD7 ablakainak csatornatartománya, energiatartománya, a bennük

detektált izotópok, az izotópok által kibocsátott alfa-részecskék energiája és az izotópok

anyaelemei (radon vagy toron) ................................................................................................. 22 

5. táblázat: Az egyes Arany-féle kötöttségi szám tartományok a hozzájuk tartozó

fizikai talajféleség-kategóriákkal (Filep, 1999) ....................................................................... 30 

6. táblázat: Az egyes minták fajlagos izotópaktivitás és koncentráció értékei az

egyszeres szórás feltüntetésével ............................................................................................... 33 

7. táblázat: A talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének eredményei az

egyszeres szórás feltüntetésével ............................................................................................... 36 

8. táblázat: Az egyes minták fajlagos radon- és toronexhaláció értékei az egyszeres

szórás feltüntetésével ................................................................................................................ 37 

9. táblázat: A kiválasztott talajminták Arany-féle kötöttségi száma (Stefanovits et al.,

1999) és az ez alapján meghatározott fizikai talajféleség-kategória ........................................ 39 

10. táblázat: Az egyes minták radon- és toronexhalációs együtthatói az egyszeres

szórás feltüntetésével ................................................................................................................ 43 

6

1. BEVEZETÉS

Az Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Karán, a Kőzettani és

Geokémiai Tanszéken működő Litoszféra Fluidum Kutató Laboratórium és az Atomfizikai

Tanszék – egy hosszú távú program keretében – Magyarország radon térképének

megszerkesztésébe kezdett, amely nemzetközi elvárásoknak és előírásoknak is megfelel.

Jelenleg ilyen radon térkép nem áll rendelkezésre, így az európai radon atlaszon

Magyarország fehér foltként szerepel. A térkép elkészülését a radon, mint potenciális tüdőrák

kockázati tényező indokolja (Bochicchio, 2008) valamint az, hogy nem számíthatunk hatósági

szabályozásra – a megengedhető beltéri radonaktivitás-koncentrációt illetően – a valós

kockázatok ismerete nélkül. A célkitűzés első lépése Pest megye radon térképének

elkészítése, amihez diplomamunkámmal járulok hozzá.

Munkám során elsősorban adatokat gyűjtöttem a készülő térképhez egy kisebb

területről, a Budapesttől nyugatra elhelyezkedő Zsámbéki-medenceből. A Zsámbéki-

medencét keletről a Budai-hegység határolja, ennek legmagasabba tagja a Nagy-Kopasz hegy,

amelyen egy 232Th-től származó radioaktív-anomália vált ismertté (Tyhomirov, 1965; Wéber,

1989). A 232Th bomlási sorában lévő radon izotóp, a toron nem jelent akkora veszélyforrást,

mint a hosszabb felezési idejű, az 238U bomlási sorában található radon, ezért általában nem

vizsgálják ennek az eloszlását. Jelen dolgozatban bemutatott munka célja többek között az,

hogy megvizsgálja a nagy-kopasz hegyi 232Th-anomália esetleges, erózió miatti hatását a

területre (így nem csak a radonról, hanem a toronról is gyűjtöttem adatokat). Ez alapján is

választottam ki a Zsámbéki-medence északkeleti részét a vizsgálatokra.

Az adatok alapján megszerkesztettem a radon eloszlástérképét kétféle módszerrel,

amely módszerek, illetve az általuk adott eredmények összehasonlítása szintén célom volt.

Az egyik lehetőség, hogy a talajgáz radonaktivitás-koncentrációját mérem több ponton.

Ennek a módszernek a széleskörű alkalmazása Európa országaiban (például Kemski et al.,

2001) teszi indokolttá használatát. A másik módszer során fúróval vett talajminták fajlagos

radonexhalációját határoztam meg és minden pontra ezekből az adatokból számoltam egy

értéket, amely sok tényezőtől függően összefüggésben van a talajgáz radonaktivitás-

koncentrációjával. A két módszer összevetésére azért van szükség, mert a tervben lévő

radontérkép elkészítése érdekében tett első lépések (Szabó, 2009) az utóbbi, nemzetközi

gyakorlatban nem használt, de általunk könnyebben elérhető módszer alkalmazásával

történtek.

7

A vizsgált talajminták laboratóriumban meghatározott fajlagos 238U- és 232Th-akivitása

és fajlagos radon- és toronexhalációja alapján lehetővé válik a két izotóp exhalációs

együtthatóinak az összehasonlítása, amelynek a fizikai talajféleség-kategóriákkal összefüggő

szemcsemérettel történő egybevetése is célom. (Ezzel a radon- és toronexhaláció

folyamatával kapcsolatban vonhatók le következtetések.) Az 238U- és 232Th-akivitás mellett

meghatároztam a 40K fajlagos aktivitását is.

2. A RADON ÉS A TORON

2.1. Kémiai és fizikai tulajdonságok

A radon elem (jele: Rn) a periódusos rendszer VIII. főcsoportjába (nemesgázok) és a 6.

periódusba tartozik, rendszáma 86. Színtelen, szagtalan és radioaktív nemesgáz. Az egyik

legnehezebb gáz, így a levegőnél is sokkal nehezebb. Mindhárom földkérgi eredetű

radioaktív bomlási sorban (238U-, 235U-, 232Th-sor) megtalálható. Dolgozatomban két

izotópjával foglalkozom: a 222-es (238U-sor) és a 220-as (232Th-sor) izotópokkal. A radon

222-es tömegszámú izotópja a későbbiekben radonként, a 220-as tömegszámút pedig

toronként szerepel.

A radon (222Rn) közvetlen anyaeleme a 226Ra, felezési ideje 3,8235 nap. A toron (220Rn)

közvetlen anyaeleme a 224Ra, felezési ideje 55,6 másodperc. Közvetlen anyaelemeikből alfa-

sugárzással keletkeznek és maguk is alfa-sugárzás kibocsátásával alakulnak át először 218Po,

illetve 216Po izotópokká, amelyek tovább bomlanak. Az 1. táblázatban vannak összefoglalva

a két izotóp egyes tulajdonságai, az 1. és 2. ábrákon pedig az 238U és 232Th bomlási sorai,

illetve a radon és a toron itt elfoglalt helye látható.

1. táblázat: A radon és a toron tulajdonságai

Izotóp neve Jele Bomlási sora Anyaeleme Leányeleme Felezési ideje radon 222Rn 238U 226Ra 218Po 3,8235 nap toron 220Rn 232Th 224Ra 216Po 55,6 másodperc

http://hu.wikipedia.org/wiki/Nemesg%C3%A1z

1. ábra: Az 238U és a 232Th bomlási sora (Mook, 2001)

2.2. A radon és a toron eredete, az urán, a tórium és a rádium geokémiája

Természetes környezetünkben a radon és a toron forrása a talajban, a talajszemcsékben

megtalálható urán, tórium, illetve rádium tartalmú ásványok. Ezek képződése geokémiai

folyamatok eredménye. Alább a három elem geokémiai tulajdonságait foglalom össze Burján

(2002) és Douglas (1988) nyomán.

Az urán a természetben három féle oxidációs állapotban fordul elő. Oxidatív

környezetben U6+, reduktív környezetben U4+ (és ritkán U5+) formában van jelen.

Oldhatósága oxidatív körülmények között a legnagyobb (U6+). Ilyenkor uranil-ionként

(UO22+) vagy annak komplexeként jelenik meg a természetes vizekben. Reduktív

körülmények közé kerülve, az oldatban az U6+ átalakul U4+ (és U5+) formába és uraninitként

(UO2) vagy más hasonló összetételű ásványként, például coffinitként [U(SiO4)] ki. Ha az

oxidatív környezet hirtelen reduktívvá válik, az urán nagyobb mennyisége csapódik ki egy

helyen és felhalmozódik, így a radon nagyobb koncentrációjával kell számolni az ilyen

területeken.

A tórium csak egy oxidációs állapotban, Th4+ formában jelenik meg a természetben. A

természetes vizekben oldhatatlan. Kis oldhatóságú foszfát- {például monacit csoportba

tartozó cheralit [(Ce,Ca,Th,U)(P,Si)O4]}, oxid- [például torianit (ThO2)] és

szilikátásványokban {például torit [(Th,U)SiO4]} fordul elő.

A rádium a radon és a toron közvetlen anyaeleme. Az urán és a tórium bomlási sorának

tagja. Egy oxidációs állapota van (Ra2+). Erős komplexeket képez szulfát- és karbonát-

8

9

ionokkal, így a természetes vizekben RaSO4 és RaCO3 formában lehet jelen. Alacsony pH

tartományban a RaSO4 Ra2+ formába oldódik, magas pH-n RaCO3 formába alakul.

A rádium bomlása során a keletkező radon atom a kibocsátott alfa-részecske irányával

ellentétes irányba lökődik meg. Ennek a visszalökődésnek a tipikus mértéke szilárd

anyagokban 30-50 nanométer, vízben 95 nanométer és levegőben 64000 nanométer (Semkow,

1990). Ezért teljesen száraz talajokban a levegővel töltött pórusokba lökődő radon atomok

nagy valószínűséggel egy másik szemcsébe kerülnek, ez a folyamat lecsökkenti a radon

atomok kijutásának esélyét a talajszemcsékből. Ezzel ellentétben, a vízzel töltött pórusokba

érkező radon atomok nagyobb valószínűséggel hagyják el a talajt, mert ebben az esetben a

visszalökődési távolság kisebb, mint a pórusok mérete. Így a radon atomok a pórusokban

maradnak (Greeman & Rose, 1996) és exhalálódhatnak, kijuthatnak a mintából. (Itt

különítem el az emanáció és az exhaláció fogalmát. Míg az előbbi a radon atom szemcséből

pórustérbe jutását, addig az utóbbi a mintából történő kijutását jelenti. Az emanáció

mindenképpen növekszik a nedvességtartalom növekedésével, az exhaláció is először

növekszik, majd csökkenni kezd.)

A radon és a toron forrása mesterséges környezetünk is, itt leginkább a nagy urán vagy

tórium tartalmú építőanyagokat kell megemlíteni. Ezeket általában erőművi salakokból

állítják elő, amelyekben feldúsulhatnak a természetes radioaktív elemek (Bányász & Mócsy,

2005). Néhány esetben az építőanyagként felhasznált vályog, agyag, lösz a két izotóp forrása

(vályogházak, barlanglakások, putrik).

Mostanáig nem fordítottak nagy figyelmet a toronra a legtöbb radonnal foglalkozó

kutatásban a rövid, 55,6 másodperces felezési ideje miatt (így rövidebb ideje van

felhalmozódni), de több tanulmány (például Yonehara et al., 2005, Yamada et al., 2005,

Shang et al., 1997) látott már napvilágot, amelyekben a radonaktivitás-koncentráció és

radonexhaláció mellet a toronra vonatkozó értékeket is meghatározták. Ha a talaj vagy

főképpen, ha az építőanyag toronexhalációja nagy, a beltéri levegő toronaktivitás-

koncentrációja nagyobb is lehet, mint a radonaktivitás-koncentráció. Ilyen tulajdonságú japán

és kínai lakóépületeket vizsgált például Yonehara et al. (2005) és Yamada et al. (2005) is.

Ezekben az esetekben a nagy beltéri toronaktivitás-koncentráció (akár több mint 1000Bq/m3)

forrása az építőanyagként felhasznált talaj volt (például barlanglakások), valamint Shang et al.

(1997) is – munkája során – 200Bq/m3 beltéri toronaktivitás-koncentrációt detektált.

10

2.3. Egészségügyi vonatkozások

A radon izotópok és leányelemeik egy átlagos ember összes dózisterhelésének 52%-áért

felelősek: a radontól származó éves effektív dózis 1,15mSv (44%), a torontól származó pedig

0,1mSv (8%) (UNSCEAR 2000). Például spanyolországi adatok (Miniterio de Trabajo e

Imigración, http://www.mtas.es.) szerint viszont a radon a teljes dózisterhelés 47%-éárt, a

toron 4%-áért felelős. Mindkét esetben nagynak mondható a két izotóp hozzájárulása. A

radon izotópok által kibocsátott alfa-részecskék nagy ionizációs képességgel rendelkeznek,

viszont hatótávolságuk kicsi, hamar leadják az energiájukat. Az alfa-sugárzó izotópok csak a

szervezetbe jutva jelentenek veszélyforrást. Így a radon, a toron és leányelemeik által kifejtett

dózis főképpen a tüdőre hat és tüdőrákot okozhat (a vizek radontartalma az

emésztőrendszerben fejti ki hatását, de ennek részaránya és hatása is kisebb). Az Európai

Bizottság által támogatott kutatás eredményei alapján (Darby et al., 2005) az otthonokban

található radon felelős évente körülbelül 20000 ember haláláért az Európai Unióban. Ez az

összes tüdőrák okozta haláleset 9%-a, illetve az összes halálos kimenetelű rákbetegség 2%-a.

A belélegzett levegőben lévő radon és toron gáz, valamint például a

porszemcséken/aeroszolokon is megtapadó (Bányász & Mócsy, 2005), szilárd halmazállapotú,

rövid felezési idejű leányelemeik a tüdőbe jutva, nagy ionizáló képességű alfa-sugárzást

bocsátanak ki, amely a sejtek rákos elváltozásait okozhatja. A dohányzás önmagában is nagy

egészségügyi kockázatot hordoz, de a belőle származó füst szilárd részecskéi, tapadási

felületet biztosítva a leányelemeknek, a radon izotópok jelenlétét még inkább nemkívánatossá

teszi. A dohányzás hatásának szemléltetésére – Bochicchio (2008) nyomán – áttekintek két,

elképzelt esetet férfiak vonatkozásában:

1. 0Bq/m3 radonaktivitás-koncentrációjú élettér: itt a naponta több mint 25

cigarettát elszívó férfi tüdőrák kockázata 40-szeresére nő a sohasem dohányzóéhoz képest.

2. 400Bq/m3 radonaktivitás-koncentrációjú élettér (Európai Közösség által

ajánlott érték régi építésű házakra): ez egy sohasem dohányzó férfi esetén 2-szer akkora, míg

egy naponta több mint 25 cigarettát elszívó férfi esetén 65-ször akkora kockázatot hordoz,

mint egy 0Bq/m3-en élő, sohasem dohányzó emberé. Így a dohányzás nélküli 400Bq/m3

radonaktivitás-koncentrációtól származó kockázat 2 egységet, míg a dohányzás melletti

400Bq/m3 radonaktivitás-koncentrációtól származó kockázat 25 egységet jelent.

Fontos megjegyezni, hogy egyes vélemények szerint a folyamatosan, illetve

rendszeresen, kisebb koncentrációban kapott úgynevezett radon-sugárzás akár jó hatással

lehet az élő szervezetre az immunrendszer, a DNS hibákat helyreállító folyamatok stimulálása

révén (Köteles, 2005).

3. A ZSÁMBÉKI-MEDENCE FÖLDTANA ÉS FÖLDRAJZA

A Zsámbéki-medence Budapesttől nyugatra, 10-30 kilométerre elhelyezkedő, a Budai-

hegység, a Vértes, a Gerecse, továbbá az Etyeki-dombság által határolt földrajzi kistáj

(ZSÁMERT, http://www.zsamert.hu/). Ez a terület a Békás-patak vízgyűjtőjéhez tartozó

települések területét foglalja magába, így települései Biatorbágy, Budajenő, Herceghalom,

Etyek, Páty, Perbál, Telki, Tinnye, Tök és Zsámbék. Ezek két megye – Fejér és Pest –

közigazgatási területén helyezkednek el (2. ábra).

2. ábra: A Zsámbéki-medence elhelyezkedése

A kistáj területén a felszíni litológiai térkép szerint (3. ábra, Dunától nyugatra) az

agyag, iszap, a vulkanikus eredetű, a homokkő, konglomerátum, az édesvízi mészkő,

mésziszap és a mészkő, dolomit képződmények lelhetők fel. Ezek közül jelentősebb

mértékben elterjedtek az egész területen a vulkanikus eredetű, az északi részen a mészkő,

dolomit és a déli részen az édesvízi mészkő, mésziszap képződmények.

11

http://hu.wikipedia.org/wiki/B%C3%A9k%C3%A1s-patakhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Biatorb%C3%A1gyhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Budajen%C5%91http://hu.wikipedia.org/wiki/Herceghalomhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Etyekhttp://hu.wikipedia.org/wiki/P%C3%A1tyhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Perb%C3%A1lhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Telkihttp://hu.wikipedia.org/wiki/Tinnyehttp://hu.wikipedia.org/wiki/T%C3%B6khttp://hu.wikipedia.org/wiki/Zs%C3%A1mb%C3%A9k

3. ábra: A vizsgált terület és környezetének (Dunától nyugatra) tájékoztató jellegű,

felszíni egyszerűsített litológiai térképe (Kuti et al., 2006), a nyíl az északi irányt jelöli

A medence belseje kis vízfolyásokkal tagolt, enyhén hullámzó síkság, amelynek nagy

részét búza-, kukorica- és napraforgótáblák borítják. A vidéken egykor mocsaras, nádasokkal,

bodzásokkal, gyékényesekkel tarkított lapály terült el. A területet lösszel fedett, hullámos

felszín jellemzi, amelynek magasabb részein barnaföldek, majd csernozjom barna erdőtalajok

és csernozjom talajok vannak (Stefanovits, 1999). A 4. ábrán (Budapesttől nyugatra)

megfigyelhető, hogy kőzethatású talajok, barna erdőtalajok és csernozjom talajok jellemzőek

a területre.

4. ábra: A terület és környezetének (Budapesttől nyugatra) tájékoztató jellegű,

talajtani térképe (TalajvédelmiAlapítvány, http://www.uni-

miskolc.hu/~ecodobos/ktmcd1/terkep.htm), a nyíl az északi irányt jelöli

12

http://hu.wikipedia.org/wiki/B%C3%BAzahttp://hu.wikipedia.org/wiki/Kukoricahttp://hu.wikipedia.org/wiki/Napraforg%C3%B3http://hu.wikipedia.org/wiki/Mocs%C3%A1rhttp://hu.wikipedia.org/wiki/N%C3%A1dhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Bodzahttp://hu.wikipedia.org/wiki/Gy%C3%A9k%C3%A9ny

13

4. HELYSZÍNI MÉRÉSI PONTOK KIVÁLASZTÁSA ÉS MINTAVÉTEL

4.1. A mérési és mintavételi helyszínek kiválasztása

A vizsgáltra kiválasztott egység Budajenő, Páty, Perbál, Telki, Tök és Zsámbék által

határolt, körülbelül 30 km2-nyi terület, ahogyan azt az 5. ábra mutatja (ez a Zsámbéki-

medence északkeleti része). A mérési, illetve mintavételi pontok helyének kiválasztásakor

szempont volt, hogy lehetőleg bolygatatlan területen, egymástól viszonylag egyenletes

távolságra legyenek, ezért vettük alapul a negyedrendű vízszintes földmérési alappont-

hálózatot és ütöttük le a talajgáz szondát és mélyítettük a talajfúrásokat az alappontok

közelében. A pontok sűrítése a 90-es évek elejére fejeződött be (Szabó, L., pers. com.), tehát

biztosak lehetünk abban, hogy ezután nem bolygatták a talajt a közelükben (azaz

mezőgazdasági műveléstől elzárt területekről van szó). Az alappontok és 50 m2-es

környezetük a Magyar Állam tulajdonában vannak, a Földmérési és Távérzékelési Intézet

(FÖMI) engedélyével (lásd melléklet) végeztük a terepi munkát ezeken a területeken. Néhány

esetben azonban eltértünk ettől: három mintavétel történt lakóépületekhez tarozó füves

területen (Perbál, Tök, Zsámbék nevű pontok, 2. táblázat, 5. ábra) és kettő olyan területen,

amelyről tudtuk, hogy lakóövezetet készülnek létrehozni a jövőben rajtuk (Csillagerdő,

Vízimalom nevű pontok, 2. táblázat, 5. ábra), itt a tulajdonos engedélyével dolgoztunk.

A 2. táblázat összesíti a mérési/mintavételi pontok helyét/nevét, a közelben

megtalálható alappont számát (ha van), a koordinátákat (földrajzi és EOV – Egységes

Országos Vetület) és az ott mélyített fúrásból begyűjtött minták betűjelét, illetve számát.

http://hu.wikipedia.org/wiki/Budajen%C5%91http://hu.wikipedia.org/wiki/P%C3%A1tyhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Perb%C3%A1lhttp://hu.wikipedia.org/wiki/Telkihttp://hu.wikipedia.org/wiki/T%C3%B6khttp://hu.wikipedia.org/wiki/Zs%C3%A1mb%C3%A9k

14

2. táblázat: A mérési/mintavételi pontok helye/neve, a közelben megtalálható alappont

száma, a koordináták (földrajzi és EOV) és a fúrásból begyűjtött minták betűjele, illetve

száma

Fúrás helye/neve Alap-pont Y-fr-i X-fr-i Y-EOV X-EOV Minták jele

Minták száma

Kelet 65-1326 47o32'19,6" 18o50'21,0" 634321 243893 1326 1 Budajenő, Hilltop 65-1059 47o32'52,2" 18o47'49,7" 631160 244909 1059 6 Budajenő, Szőlőhegy 65-1314 47

o33'47,1" 18o48'37,7" 632168 246601 1314 4

Tök Nagy Fúrás 65-1316 47o33'31,5" 18o45'13,6" 627899 246137 1316 3 Telki, Öreghegy Villapark 65-1325 47

o32'16,0" 18o49'17,2" 632984 243786 1325 3

TAKI 65-1330 47o31'40,5" 18o47'26,5" 630668 242697 1330 3 Csillagerdő - 47o32'31,0" 18o42'14,9" 624156 244285 CSIL 2 Perbál - 47o35'09,2" 18o45'12,5" 627888 249146 PLTP 5 Tök - 47o33'37,2" 18o43'57,8" 626315 246318 TJ 4 Vízimalom - 47o31'26,1" 18o44'41,9" 627219 242265 VM 3 Zsámbék - 47o32'34,6" 18o43'00,0" 625103 244390 ZS 2

A koordinátákat GPS-szel mértük. Az értékek hibája a mérőműszer pontatlanságából,

illetve a terepi viszonyokból adódik, ez megközelítőleg 15 méter, így hibahatáron belül

megegyezik a földrajzi és az EOV koordináta. A Google Earth program segítségével készített

5. ábra mutatja be ezeknek a pontoknak a térbeli elhelyezkedését. A buborékokban található

számok a pontokból begyűjtött minták darabszámát jelölik.

5. ábra: A mintagyűjtési pontok térbeli elhelyezkedése a vett minták darabszámának

jelölésével (az ábrán körülbelül 10*5 km-es terület látható) (Google Earth), a nyíl az

északi irányt jelöli

4.2. A helyszínek leírása

1. Kelet: A közlekedési út mellett lévő, 1326-os számú alappont mellett

terveztünk fúrást mélyíteni, azonban a szomszédos Nagy-Kopasz hegyről származó törmelék

miatt ez nem sikerült, így ásóval vettünk mintát. Az említett ok miatt talajgáz radon- és

toronaktivitás-koncentráció mérés nem történt ebben a pontban. Itt jegyzem meg, hogy ez a

pont helyezkedik el, az említett Nagy-Kopasz hegyhez legközelebb.

2. Budajenő, Hilltop: A 1059-es számú alappont közelében mélyítettük a fúrást és

végeztük a talajgáz mérést, amely egy épülő lakópark területének szélén található a fasorban.

3. Budajenő, Szőlőhegy: A 1314-es számú alappont közelében végeztük a

mintagyűjtést és a talajgáz mérést, ez a pont is egy épülőben lévő lakópark közelében van.

4. Tök Nagy Fúrás: A 1316-os számú alappont mellet mélyítettük ezt a fúrást és

mértünk, amely egy Tök községhez tartozó szántóföld szélében helyezkedik el.

5. Telki, Öreghegy Villapark: Mint a helyszín neve is jelzi, ez a fúrás és a talajgáz

mérés is egy lakópark közelében történt, a 1325-ös számú alappont mellet, a lakóparkhoz

közeli fasorban.

15

16

6. TAKI: A pont neve azt jelzi, hogy a Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet

(TAKI) által is történt mintavétel ennek a pontnak a közelében, éppen ezért választottuk ki mi

is a helyszínt. Ez a mintavételi és talajgáz mérési pont a 1330-as számú alappont mellet

helyezkedik el, közvetlenül a közlekedési út mellett a fasorban.

7. Csillagerdő: Itt egy Zsámbékhoz tartozó lucernaföld melletti füves területen

fúrtunk és mértünk talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentrációt.

8. Perbál: A perbáli lakótelephez tartozó füves területen mélyítettük a fúrást és

mértünk.

9. Tök: Ez egy Tök községi családi ház füves udvara, itt történt a mintavétel és a

talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérés.

10. Vízimalom: A Zsámbék területén lévő régi vízimalomhoz közeli, a Békás-

patak közelében lévő füves területen végeztük a munkát (fúrás és talajgáz mérést).

11. Zsámbék: Egy zsámbéki kertes ház udvarában, a ház mellet mélyült a fúrás és

történt a helyszíni talajgáz mérés.

4.3. A mintagyűjtés menete, a mélyített fúrások és a begyűjtött minták leírása

A mintagyűjtés kézi fúróval történt, amellyel maximálisan 4,5 méter mélységig lehet

lefúrni. Ennek segítségével mélyítettük a 10 fúrást a Zsámbéki-medence északkeleti részén.

Ezen kívül egy helyen ásóval vettünk mintát (Kelet). Az egyes mintavételezések során a

mintákat jellemző színük vagy más tulajdonságuk (pl. állag) alapján különítettük el. A 6.

ábra mutatja be a 11 fúrás/mintavétel maximális mélységét, a minták elkülönülésének

szintjét, valamint az egyes rétegek jellemző színét az azt megközelítő színezéssel.

6. ábra: A Zsámbéki-mendece északkeleti részén mélyített talajfúrások és mintavételi

rétegek/egységek ábrázolása a rétegek színét megközelítő színezéssel a talajfelszíntől

számított mélység jelölésével

A 3. táblázat foglalja össze az egyes fúrásokból származó, egyes mintákhoz tartozó

mélységközt és a helyszínen megállapított jellemzőiket (a minták jelölésének és a fúrás

nevének összefüggését lásd az 2. táblázatban).

17

18

3. táblázat: A talajminták jele, származási mélységköze és a helyszínen megállapított

fizikai és anyagtani jellemzőik

minta jele származási mélységköze (cm) a fúrások talajainak helyszínen megállapított jellemzői 1326 - sötétbarna, karbonát törmelékkel 1059-1 0-55 sötétbarna, agyagos 1059-2 55-115 sárgásbarna, nagyon kötött agyagos 1059-3 115-150 sötétebb sárgásbarna, nagyon kötött agyagos 1059-4 150-180 világosabb sárgásbarna, nagyon kötött agyagos 1059-5 180-210 sárgás színű, karbonát csíkokkal 1059-6 210-220 nagy karbonát tartalom 1314-1 0-20 sötétbarna, humuszos réteg 1314-2 20-130 nagyon kötött, világos agyag 1314-3 130-220 nagyon kötött, világos agyag, vöröses csíkokkal 1314-4 220-240 nagyon kötött, világos agyag 1316-1 0-55 sötétbarna színű 1316-2 55-400 világosbarna, laza talajréteg 1316-3 400-450 világosbarna, laza, de kicsit kötöttebb 1325-3-1 0-50 sötétbarna, humuszos 1325-3-2 50-100 világosbarna, laza 1325-3-3 100-250 világosbarna, nagyon laza 1330-1 0-110 sötétbarna 1330-2 110-150 sárgás, vörös csíkokkal 1330-3 150-340 szürke, vörös csíkokkal CSIL-1 0-50 barna agyag CSIL-2 50-100 vörös színű, kötött agyag PLTP-1 0-40 sötétbarna, humuszos réteg PLTP-2 40-140 kötöttebb, sötétbarna PLTP-3 140-210 vöröses agyag PLTP-4 210-350 sárga agyag PLTP-5 350-400 sárga agyag, vörös csíkokkal TJ-1 0-140 sötétbarna, humuszos TJ-2 140-200 szürkés világosbarna TJ-3 200-250 narancssárgás színű TJ-4 250-260 szürke színű VM-1 0-40 humuszos, sötétbarna réteg VM-2 40-190 barna agyag VM-3 190-250 fekete, nagy szervesanyag tartalmú ZS-1 0-40 sötétbarna, humuszos ZS-2 40-400 sárgás agyag

A begyűjtött mintákat hosszabb ideig, körülbelül két hónapig száraz laborban tároltam a

laborvizsgálatok megkezdése előtt, így minden esetben légszáraz mintákkal dolgoztam.

19

5. ALKALMAZOTT MÉRÉSI ÉS KIÉRTÉKELÉSI MÓDSZEREK

5.1. Fajlagos izotópaktivitás meghatározása gamma-spektroszkópia módszerével

A gamma-spektroszkópia alkalmas arra, hogy meghatározzuk egyes izotópok és

(szekuláris egyensúlyt felételezve) anyaelemeik (például urán, tórium) fajlagos aktivitását

(Bq/kg), illetve koncentrációját (ppm) a vizsgált mintában.

Szekuláris egyensúly beállása esetén az anyaelem aktivitása egyenlő leányelemeinek

aktivitásával. Ennek feltétele, hogy az anyaelem felezési ideje sokkal nagyobb legyen, mint

leányelemeié és elegendő idő (legalább a legnagyobb felezési idejű leányelem felezési

idejének ötszöröse) teljen el az anyag keletkezése óta. Természetes anyagokat vizsgálva az 238U és a 232Th sorok esetére mindkét feltétel teljesülése feltételezhető, így a radon és a toron

előtti leányelemek fajlagos aktivitásából megbecsülhető az 238U- és a 232Th-tartalom. A radon

és toron utáni leányelemek aktivitása már általában kisebb értéket mutat, mert a radon és a

toron gáznemű izotópokként (nemesgáz) elhagyják a mintát.

A mérések egy gamma-spektrumot eredményeznek, amelyben a gamma-sugárzás

energiája alapján határozzuk meg az azt kibocsátó izotópot, az adott csúcsba érkező beütések

száma alapján pedig az izotóp mennyiségét. A spektrumban a karakterisztikus energiáknál

éles (100 eV széles), Gauss-görbe alakú csúcsokat detektálunk. A gamma-foton a detektor

anyagával három módon hathat kölcsön: fotoeffektussal, Compton-szórással vagy

párkeltéssel. A karakterisztikus csúcsokat a fotoeffektus során leadott energia hozza létre. A

kölcsönhatás valószínűsége fotoeffektus esetén a detektoranyag rendszámának ötödik

hatványával, Compton-szórás esetén pedig első hatványával arányos. A félvezető detektor

anyaga ezért áll nagy rendszámú elemből, germániumból.

Az időegység alatt beérkező beütésszám alapján határozható meg az egyes izotópok

aktivitása, figyelembe véve a relatív gyakoriság, valamint a detektor (adott energiára és adott

geometriai elrendezésre jellemző) hatásfokát. Így az adott energiához tartozó izotóp

aktivitását a következő egyenlet írja le:

A = T / (t * ε * η) – Tháttér / (tháttér * ε * η),

ahol A az aktivitás [Bq], T a mért beütésszám (a csúcs alatti terület) [db], Tháttér a beütésszám

a háttér spektrumában, t a mérési idő [s], tháttér a háttér mérésének ideje, ε a relatív gyakoriság

(az izotóp bomlása során a fotonok hányad része kerül az adott energiájú csúcsba) és η a

20

hatásfok. Ebből a vizsgált minta tömegének figyelembevételével számolható a fajlagos izotóp

aktivitás.

Bizonyos izotópok (például 226Ra és 235U) nagyon közeli energián bomlanak és egy

csúcsban (például 186 keV) átfednek. Ezzel korrigálni kell: a csúcsba tartozó beütések

számát szét kell osztani a két izotóp között az adott energiához tartozó relatív gyakoriság és a

természetes izotóparány [például az 235U az összes urán 0,7204%-a, az 238U pedig 99,2742%-a

(Brookhaven National Laboratory, http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/)] vagy más energiájú

csúcs kiértékelése alapján.

Az 238U sor radon előtti tagjainak, a 232Th sor toron előtti tagjainak és a 40K fajlagos

aktivitására voltam kíváncsi (a radon- és toronexhalációs együtthatók meghatározása végett,

valamint összefüggést keresve a két bomlási sor izotópjainak és a 40K fajlagos aktivitása

között), így a 186keV-es (226Ra), a 911keV-es (228Ac) és az 1460keV-es (40K) csúcsokat

értékeltem ki. A csúcsok átfedését a 226Ra fajlagos aktivitásának meghatározása során vettem

figyelembe munkám során. Ebből a célból Ebaid et al. (2005) eredményeit használtam fel,

miszerint a 186keV-es csúcs beütésszámának 58,3%-a származik a 226Ra-tól és 41,7%-a az 235U-től, radioaktív egyensúlyt feltételezve az 238U és a 226Ra között. (A 40K aktivitása az

1460keV-es csúcsa alapján határozható meg és hasonló energiájú gamma-fotonokat bocsát ki

az 228Ac, 232Th leányelem is. Számításaim alapján az 228Ac beütésszámának részaránya

elhanyagolható, így ebben az esetben nem kell figyelembe venniaz átfedést.

A gamma-spektroszkópiai méréseket az Atomfizikai Tanszék GC1520 - 7500SL típusú

HPGe (nagy tisztaságú germánium) detektorával végeztem. Ez egy olyan félvezető detektor,

amely germánium egykristályból áll. A rendszer a 100-2800keV közötti gamma-fotonok

detektálására van beállítva, amelyeket 4096 csatornába gyűjt. A csúcs alatti terület (T)

meghatározásához csúcskereső és -illesztő programot használtam (Spill, amely az ELTE TTK

tanára által írt program). A mérési idő mindig 16 óra volt, ami másodperc egységekben

szerepelt a számításban (t). A relatív gyakoriság (ε) számítógépes adatbázisból származik

(Nuclides, 2000). A hatásfok (η) meghatározása egy olyan (ELTE, TTK tanára által írt)

számítógépes programmal történt, amelynek szükséges megadni a mérési elrendezésre

jellemző geometria adatait, valamint a minta átlagos rendszámát és sűrűségét [kizárólagos

SiO2 összetételt vettem alapul és a talajok átlagos térfogattömegét, 1,45g/cm3-t (Filep, 1999)

használtam]. Ez a program Monte-Carlo szimuláció segítségével számolja ki a hatásfokot az

egyes energiákra. Feltételezhetjük, hogy a minta minden egyes térfogateleméből egyenlő

valószínűséggel lép ki a tér minden irányába egy adott energiájú gamma-foton. A program

21

véletlen irányba kilépő fotonok millióit generálja és számlálja. Amennyiben a detektor

irányába indul egy foton, megvizsgálja, hogy fellép-e kölcsönhatás a detektor anyagával. A

program tartalmazza a háromféle kölcsönhatási folyamat hatáskeresztmetszetét germániumra,

az energia függvényében. Végigköveti a foton útját mindaddig, amíg teljes energiáját leadja a

detektor anyagában vagy elhagyja a detektort. Azon esetek számának, amikor a teljes energia

bennmarad és az összes generált gamma-fotonok számának hányadosa megadja a hatásfokot,

ami általában 10-1-10-3 nagyságrendbe esik (Épületek radioaktivitása laboratóriumi gyakorlat,

mérésleírás, http://ion.elte.hu/~akos/orak/kmod/EPR2.htm).

A kapott részeredmények alapján a fent megadott egyenlet segítségével számoltam a

fajlagos izotópaktivitás értékeket. A hibaszámításkor figyelembe vettem a csúcsterület és a

hatásfok szórását, amelyeket a használt programok (Spill, Monte Carlo szimulációs program)

adtak meg. A fajlagos aktivitása szórása a tömeg figyelembevételével számolható.

A fajlagos aktivitás értékekből kiszámítható a ppm-ben (g/t-ban) vett koncentráció érték

az 238U-ra, a 232Th-re és a K-ra, de csak szigorúan akkor, ha fennáll a szekuláris egyensúly.

Ezt feltételezve, a következő, levezettett egyenletek szerint számoltam:

c = K * A

K = (1000 * M) / (NA * λ),

ahol c a koncentráció [ppm], K az átszámításhoz szükséges konstans [kg/Bq], A a fajlagos

aktivitás [Bq/kg], M a tömegszám [g/mol], NA az Avogadro-szám [6*10231/mol] és λ a

bomlási állandó [1/s]. Ennek megoldása szerint:

1. 1Bq/kg 226Ra (238U sor) = 0,08063ppm 238U (K=0,08063kg/Bq),

2. 1Bq/kg 228Ac (232Th sor) = 0,2472ppm 232Th (K=0,2472kg/Bq),

3. 1Bq/kg 40K = 32,35ppm K (figyelembe véve a 40K százalékos részarányát –

0,0117%) (K=0,3785kg/Bq).

22

5.2. Radon- és toron-mérések

5.2.1. A használt műszer, a RAD7 radon detektor működése

Mind a talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentrációjának, mind a talajminták fajlagos

radon- és toronexhalációjának mérésére RAD7 radon detektort használtam (amelyet a

Durridge Co. Inc. forgalmaz). Ennek működését Durridge (2000) (használati utasítás) alapján

mutatom be.

A RAD7 egy szilícium-félvezető detektort tartalmaz. Ez a radon, illetve a toron

bomlásait nem méri, csak a leányelemeik alfa-bomlásait detektálja. A pozitív töltésű

leányelemeket a detektor térfogatában lévő elektromos tér a detektoranyag felületére hajtja és

itt bomlanak el. Ezeket a bomlásokat energiájuk alapján, általában jó felbontással

különbözteti meg a műszer.

A detektor a 0-10MeV-es alfa-részecskéket tudja detektálni. 200 csatornába osztja a

beütéseket az alfa-energia alapján, ezeknek a csatornáknak mindegyike 0,05MeV-es

energiasávot fog át. A RAD7 négy funkcionális ablakban: az A, a B, a C és a D ablakban

számolja a beütéseket, ezek 20-20 csatornát tartalmaznak (4. táblázat). Ezek nem fogják át az

egész energiatartományt 0-10MeV között, csak a radon és a toron alfa-részecskét kibocsátó

leányelemeit hivatottak detektálni.

4. táblázat: A RAD7 ablakainak csatornatartománya, energiatartománya, a bennük

detektált izotópok, az izotópok által kibocsátott alfa-részecskék energiája és az izotópok

anyaelemei (radon vagy toron)

Ablak Csatorna Energiatartomány (MeV) Detektált izotóp Alfa-részecske energiája

(MeV) Anyaelem

A 108-128 5,40-6,40 218Po, 212Bi 6,00, 6,05 radon, toron B 128-148 6,40-7,40 216Po 6,78 toron C 148-168 7,40-8,40 214Po 7,69 radon D 168-188 8,40-9,40 212Po 8,78 toron

A radon leányelemei az A (218Po) és a C (214Po) ablakban, a toron leányelemei a B

(216Po) és a D (212Po) ablakban vannak detektálva (bomlási energiájuk szerint ide esnek). A 4.

táblázatban az A ablaknál feltüntettem a 212Bi izotópot is, amely a toron egyik leányeleme.

Ennek a bomlási energiája (6,05MeV) nagyon közel esik a 218Po bomlási energiájához

(6,00MeV), ezért a tőlük származó beütéseket nem tudja a műszer megkülönböztetni.

A 7. ábrán látható módon, a toron először 216Po-má, majd 212Pb-má alakul (6,78MeV-es

alfa-részecske, a B ablakban detektálható). A következő alfa-bomlás a 212Bi bomlása, ami

35,94%-os valószínűséggel szenved alfa-bomlást (6,05MeV-es alfa-részecske, az A ablakban

detektálható), 64,06%-os valószínűséggel pedig béta-bomlással 212Po keletkezik belőle, amely

8,78MeV energiájú, a D ablakban detektált alfa-részecskéket bocsát ki (Brookhaven National

Laboratory, http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/).

7. ábra. A toron bomlása, a RAD7 műszerben az alfa-részecskéket detektáló

energia-ablakok jelének (A, B, D) feltüntetésével

A műszer a radon- és a toronaktivitás-koncentrációt az első leányelemektől származó

beütések számának segítségével határozza meg. A radonaktivitás-koncentráció

meghatározását a 218Po 6,00MeV energiájú alfa-bomlásai alapján végzi. Ez az A ablakba

esik. Az A ablakban megszámolt beütésekből le kell vonni a 212Bi 6,05MeV-es alfa-

bomlásainak járulékát a 218Po beütésszám meghatározásához. Ezt a RAD7 detektorban

alkalmazott korrekció úgy számolja, hogy az A ablakba érkező beütésekből kivonja a D ablak

(212Bi-ből keletkező 212Po izotópok) beütéseit osztva 1,94-el (218Po beütésszám = A-D/1,94).

Ez azonban csak egy közelítés. A toron bomlási sorának elágazási arányaiból következően az

irodalmi érték: 218Po beütésszám = A-D/(64,06/35,94) = A-D/1,78 (Brookhaven National

Laboratory, http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/). Így a műszer mindig egy kicsit kevesebb

beütést von le a valóságosnál.

Korábbi eredmények szerint (Szabó & Boros, 2009) a RAD7 radon detektor által

alkalmazott korrekció nem működik tökéletesen abban az esetben, amikor nagy 23

24

toronaktivitás-koncentráció van vagy volt jelen a detektorban. Ilyenkor az 1,78 korrekciós

faktorral számított érték is nagyobb a valóságosnál, mert a D ablakból sok beütés kiesik az itt

detektált csúcs kiszélesedése miatt. Ez lecsökkenti a használandó korrekciós faktor értékét

1,7 körülire (218Po beütésszám = A-D/1,7) (a hivatkozott tudományos diákköri dolgozatban

még nem ez az érték szerepel, a munka további eredményei alapján a fent megadott korrekció

a legáltalánosabban – több RAD7 műszerre és több mintára – alkalmazható). A mért

beütésszámok, a RAD7 által számolt 218Po beütésszám és az 1,7-es korrekciós faktor

segítségével számítottam a valósághoz legközelebbi radonaktivitás-koncentráció értékeket.

A RAD7 a toronktivitás-koncentrációt a B ablakban detektált 216Po beütésszáma alapján

határozza meg. Ezek az értékek a mérési bizonytalanság figyelembevételével maradéktalanul

elfogadhatók. A mérések kiértékelése során a toronaktivitás-koncentrációk esetén figyelembe

kell venni, hogy a mért, detektortérfogatban lévő koncentráció kisebb, mint az eredeti

koncentráció. Ennek oka a toron 55,6 másodperces felezési ideje, ami miatt a detektorba

jutásig a toron atomok egy bizonyos százaléka elbomlik az áramlási út térfogata és az

áramlási sebesség függvényében. A detektorba jutásig, illetve detektálásig elbomlott toron

atomok miatt toronaktivitás-koncentráció csökkenés lép fel. Az eredeti koncentráció a

következő egyenlet szerint számítható:

c0 = cm / e-λ Vút / s,

ahol c0 az eredeti toronaktivitás-koncentráció [Bq/m3], cm a mért toronaktivitás-koncentráció

[Bq/m3], λ a toron bomlási állandója [1/perc], Vút az áramlási út térfogata [cm3] és s a RAD7

radon detektor pumpája által meghatározott áramlási sebesség [cm3/perc], amely a leírás

szerint 650cm3/perc (Durridge, 2000). A detektor térfogatát (körülbelül 700cm3) nem kell

beleszámítani az áramlási út térfogatába (Vút) azért, mert a jelenlévő elektromos tér miatt a

térfogatba bejutó toron atomok, akármikor is bomlanak el, detektálásuk bekövetkezik

(függetlenül attól, hogy homogén-e már az eloszlásuk a detektortérfogatban).

A 218Po izotóp – amelynek bomlásai alapján határozza meg a RAD7 a radonaktivitás-

koncentrációt – 10-15 perc alatt veszi fel a radon aktivitásának értékét (mert háromszoros-

ötszörös felezési ideig kell várni, hogy beálljon a szekuláris egyensúly a radon és a 218Po

között, aminek felezési ideje 3 perc körüli). Ezért a mérés első 10-15 percének adatát/adatait

el kell hanyagolni, a többi átlagát szabad csak figyelembe venni. A toronaktivitás-

koncentráció meghatározására a 216Po izotóp bomlásaiban keletkező alfa-részecskéket

használja fel a detektor. A szekuláris egyensúly beállásához ebben az esetben kevesebb, mint

egy másodperc elegendő, mert a 216Po felezési ideje 0,145 másodperc. Így toronaktivitás-

koncentrációk esetén az összes mérési adat figyelembe vehető.

5.2.2. Talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének módszere

A talajgázban felhalmozódó radon és toron mennyisége az adott mérési pontra, az ott

található kőzetre és talajra jellemző érték, amit befolyásolhatnak az időjárási körülmények,

ezért célszerű hasonló időjárási viszonyok mellett végezni a méréseket az egyes pontokon.

Mivel a talajgáz radon és toron tartalma nagymértékben hathat a rá épült épületek beltéri

radonaktivitás-koncentrációjára (az épület szerkezetétől függően), ezért fontos információt

jelent ez az érték. A talajgáz radonaktivitás-koncentráció mérése alapján készítik sok esetben

a radontérképeket.

Toron esetén – a rövid felezési idő miatt – kisebb mértékű az összefüggés a talajgáz és a

beltéri koncentráció között. A nagyobb beltéri toronaktivitás-koncentrációért inkább az

építőanyagokban jelenlévő 232Th a felelős, nem a talaj (például Yonehara et al., 2005, Yamada

et al., 2005, Shang et al., 1997). Ennek ellenére a vizsgálati területen fontos a toron

tanulmányozása a közelben megtalálható, a legtávolabbi mintavételi ponttól is csak körülbelül

10 kilométerre lévő, nagy-kopasz hegyi tórium-, toron-anomália miatt (Tyhomirov, 1965;

Wéber, 1989).

Az általam végzett mérések során alkalmazott elrendezést mutatja be a 8. ábra.

8. ábra: A mérési elrendezés a talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentrációjának

mérése során (talajgáz szonda, páralekötő, szűrő, RAD7 radon detektor)

25

26

A talajgáz szondán (a Durridge Co. Inc. által a RAD7-hez ajánlott talajgáz szonda)

keresztül a talaj pórusiból kiszívott levegő egy páralekötőn áramlik át (8. ábra), itt a levegő

megszabadul páratartalmától. A mérések során fontos, hogy a páratartalom a detektor

térfogatában kicsi értéket (

9. ábra: A mérési elrendezés a radon- és toronexhaláció meghatározása során

végzett koncentráció mérés alatt (radonkamra, páralekötő, szűrő, RAD7 radon

detektor)

Itt a radonkamrából (csapokkal lezárható, 3,5cm sugarú, 9,5cm magasságú, így

körülbelül 366cm3 térfogatú, henger alakú, alumínium kamra) kiáramló levegő (9. ábra) a

páralekötőbe, majd a szűrőn át a RAD7 radon detektorba jut, ahonnan egy csövön keresztül

újra a kamrába kerül.

A fajlagos exhaláció értéke kétféle módszerrel is meghatározható, amint korábban erről

már szó volt:

1. A koncentráció növekedése a kamrában

A kamrába zárt levegő aktivitása a következő összefüggés szerint növekszik, időben

állandó exhaláció során:

A = E * ( 1 – e-λt ),

ahol A az aktivitás [Bq], E az exhaláció [Bq = db/s], λ a bomlási állandó [1/s] és t az eltelt idő

[s]. E * 1 tag írja le a keletkezést, E * e-λt tag a bomlást. Az egyensúly akkor áll be, amikor A

= E a mérési hiba pontosságán belül. Ez akkor érvényes, amikor e-λt tag elhanyagolhatóvá

válik. Ötszörös felezési idő után már kijelenthető ez, legalább a mérési bizonytalanságnál

nagyobb pontossággal, ezért radon esetében 5 * 3,82 nap ≈ 3 hét, toron esetében 5 * 55,6

másodperc ≈ 5 perc múlva már beáll a radioaktív egyensúly, tehát már nem emelkedik az

aktivitáskoncentráció a kamrában (például Saad, 2008).

27

28

A nemzetközi irodalomban általában a radonkamrát a minta behelyezése után,

várakozási idő nélkül a radonaktivitás-koncentráció mérő műszerhez kapcsolják és a

feltöltődést figyelik. Ebben az esetben a mérhető radonaktivitás-koncentráció kezdetben egy

egyenes mentén növekszik. A mérés során kapott radonaktivitás-koncentráció értékekre egy

egyenes illeszthető úgy, hogy az Y tengelyt a 0-nál metssze. Az egyenes meredekségéből a

kezdeti szakaszban kiszámolható az exhaláció:

m = E * λ / Vnet → E = m * Vnet / λ,

ahol m az egyenes meredeksége [Bq/m3/s], E a radonexhaláció [Bq], λ a radon bomlási

állandója [1/s] és Vnet a feltöltődő térfogat (detektor, csatlakozó csövek, kamra térfogata –

minta térfogata) [m3].

Másik lehetőség, hogy a feltöltődési görbe kirajzolódását mérjük ki. Ezzel megkapható

az egyensúlyi koncentráció, valamint kiszámítható a mérési kör eresztésének mértéke az

egyensúly beállásáig eltelt idő alapján. Minél inkább ereszt a mérési kör, annál hamarabb áll

be az egyensúly, így a maximális érték felét is annál kevesebb idő alatt érjük el, mint a radon

felezési ideje. A maximális érték feléig eltelt idő és a felezési idő alapján megadható az

eresztés mértéke (például Sakoda, 2008). Hátránya ennek a módszernek, hogy a

radonaktivitás-koncentráció mérő műszert sokáig igénybe veszi, így nem volt lehetőségem ezt

alkalmazni 36 talajminta mérésére, valamint a toronexhaláció meghatározására alkalmatlan,

mert a kamrában az egyensúly öt perc alatt beáll és ennek a felfutását nem lehet kimérni.

Ezért a 2. módszer segítségével határoztam meg a talajminták fajlagos radon- és

toronexhalációját.

2. Egyensúlyi koncentráció a kamrában

A mintákat radonkamrákba helyeztem és lezártam, majd megvártam, hogy a keletkezés

(itt exhaláció) és a bomlás között kialakuljon az egyensúly mind radon, mind toron esetére (3

hét). Ekkor műanyag csövekkel a kamrához csatlakoztattam a RAD7 radon detektort és

megmértem a kialakult radon- és toronaktivitás-koncentrációt.

Korrekcióba kell venni a térfogat megnövekedésével járó felhígulást és a háttér

aktivitáskoncentrációit a következő, levezethető egyenlet alkalmazásával:

Clevegő = Cmért + Cmért * Vdetektor / Vnettó – Cháttér * Vdetektor / Vnettó,

29

ahol Clevegő a kamrában kialakuló aktivitáskoncentráció [Bq/m3], Cmért a mért

aktivitáskoncentráció [Bq/m3], Cháttér a helyiségben lévő aktivitáskoncentráció, amely a

detektorban és a csövekben is megtalálható [Bq/m3], Vdetektor a detektor és a csatlakozó csövek

térfogata [m3] és Vnettó a kamra térfogata, kivonva a minta térfogatát [m3].

Az exhaláció [Bq] egyenlő az aktivitás-koncentráció [Bq/m3] és a kamra nettó

térfogatának [m3] szorzatával:

E = Clevegő * Vnettó,

ahol E az exhaláció [Bq], Clevegő a kamrában kialakuló aktivitáskoncentráció [Bq/m3] és Vnettó

a kamra térfogata, kivonva a minta térfogatát [m3]. Ebből a minta tömegének

figyelembevételével számolhatjuk a fajlagos radon-, illetve toronexhalációt [Bq/kg]. A fent

említett mérési kör eresztésével azért nem volt szükséges korrigálni, mert több hosszú idejű

(több nap) mérés eredményei szerint a RAD7 ablakaiban nem csökken a beütésszám az

általam használt mérési elrendezés alkalmazásával (lásd Szabó & Boros, 2009)

A RAD7 mérési ciklusait 15 percesre állítottam be és minden esetben 17 mérési ciklus

mérése történt. A 17 radonaktivtás-koncentráció érték közül az első nem vehető figyelembe,

toron esetén viszont mindegyik érték figyelembe vehető. Az áramlási út térfogata 21,6cm3

volt minden esetben, így a toron elbomlásának mértéke körülbelül 2,5%. Az eredményeknél

megadott exhaláció értékek ezzel korrigálva vannak.

A hibaszámításban figyelembe lett véve a koncentráció (háttér, kamrában felhalmozódó

aktivitáskoncentráció) és a térfogat (csatlakozó csövek, kamra, minta) mérésének hibáját. A

tömegmérés pontossága a többi tényezőjéhez képest kiemelkedően nagy, ezért ez

elhanyagolható.

5.3. Fizikai talajféleség-kategóriákba sorolás módszere

A szemcseösszetétel alapján a talajok különböző fizikai talajféleség-kategóriákba

sorolhatók (Filep, 1999). A fizikai talajféleség-kategória a talajban található szemcsék

méretéről ad információt, aminek fontos szerepe van a radon és a toron kibocsátó képesség

vizsgálata során.

A legszélesebb körben elfogadott az USA Talajtani Szolgálata (USDA) által kidolgozott

textúraminősítés, amelyet Filep (1999) alapján használtam. Az értékelés a három fő

30

szemcsefrakció (homok, iszap, agyag) százalékos arányából kiindulva történik. A

homokfrakció jellemző szemcsemérete 0,05-2mm, az iszapfrakcióé 0,002-0,05mm, az

agyagfrakcióé

31

Megjegyzendő, hogy a talajfúrások legfelső szintjeinek mintáit nem célszerű kiválasztani erre

a vizsgálatra, mert a növényi és állati maradványok még nagyobb bizonytalanságot okoznak.

5.4. Izovonalas eloszlástérképek szerkesztésének módszere

Minden mérési, illetve mintavételi pont EOV koordinátája és talajfelszínhez viszonyított

mélysége ismert, ezeken kívül a mért értékekre van szüksége a használt programnak, a

Surfer8-nak. Első lépésként létre kell hozni az úgynevezett gridet (vagy négyzetháló) ekkor a

vizsgált területhez egy rácsot és minden rácsponthoz egy értéket rendel a program. Ez

többféle módszerrel is kivitelezhető, a munka során a krigelést alkalmaztam. Ebben az

esetben valamely geometriai pont ismeretlen értékét úgy határozza meg a program, hogy

olyan súlyozott átlagot képez a más pontokban ismert értékekből, amely szórása minimális. A

grid alapján rajzoltatható ki az izovonalas, kontúros térkép (contour map), amelyet a program

az EOV koordináták alapján helyez a megfelelő helyre (ha több objektumunk van). A mért

adattal rendelkező pontok kijelölhetőek úgynevezett post map létrehozásával.

A program interpolációs eljárással határozza meg az eredeti adattal rendelkező pontok

közötti területre az értékeket. Ez nem veszi figyelembe például a talajtani határokat, illetve

kiugró értékek mellett, relatív kis mintasűrűség esetén túlbecsüli a kis vagy a nagy értékkel

rendelkező területek nagyságát, így az eloszlástérképek csak közelítik a valóságot, nem fedik

azt teljes egészében. Ugyanakkor egy nagyobb léptékű vizsgálat során, a jelen dolgozatban az

eredmények kiértékelése során bemutatott felbontás több mint megfelelő.

Extrapolációnak nevezzük a mérési, illetve mintavételi pontokon kívüli területekre

történő értékbecslést. Ezt egy esetben sem végeztem el, kizárólag az adattal rendelkező

pontok által határolt területet vizsgáltam. Többféle horizontális eloszlástérkép szerkeszthető a

mérési eredményekből. Az izovonalas talajgáz radonaktivitás-koncentráció, talajgáz

toronaktivitás-koncentráció, radonexhaláció és toronexhaláció (több mélységben)

eloszlástérképeket készítettem el.

A fajlagos exhaláció értékekből szerkesztett eloszlástérképek esetén az adott pontra

jellemző értéket úgy kaptam, hogy a fúrás egyes mintáinak értékeit a mélységi kiterjedésükkel

súlyozottan átlagoltam. Két méter mélységig végeztem el az átlagolást figyelembe véve,

hogy 1/ az épületeket általában körülbelül 1,5 méter mélységig építik be a talajba, így

körülbelül ebben a rétegben jelenlévő talaj radonexhalációja hathat a beltéri radonaktivitás-

koncentrációra és 2/ a legtöbb mintavételi pont esetén körülbelül két méter mélységig van

adat. Toron esetében más a helyzet a rövid felezési ideje miatt (nem jut be olyan könnyen a

http://hu.wikipedia.org/wiki/Geometriahttp://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Attrib%C3%BAtum%C3%A9rt%C3%A9k&action=edit&redlink=1http://hu.wikipedia.org/wiki/S%C3%BAlyozott_%C3%A1tlaghttp://hu.wikipedia.org/wiki/Sz%C3%B3r%C3%A1s

32

lakóterekbe a talajból, így nem lenne szükséges ilyen mélységig vizsgálni), de a két

eloszlástérkép összevethetősége érdekében és a mélyebb rétegekre jellemző adatok hiánya

miatt itt is két méter mélységig vettem figyelembe az értékeket.

A Kelet nevű mintavételi ponton nem történt talajgáz radon- és toronaktivitás-

koncentráció mérés, valamint egy felszíni minta lévén nem lehet két méter mélységig

jellemző átlagos értéket számolni. Ebből a mintavételi pontból, valamint a Csillagerdő nevű

pontból (csak egy méter mélységig van adat) származó adatok a dolgozatban egy esetben sem

lettek figyelembe véve az eloszlástérképek szerkesztése során (23., 24., 25. és 26. ábra).

Itt megjegyzem, hogy a talajrétegek fajlagos exhaláció értékei és a porozitás ismeretével

megbecsülhető lenne a jelenlévő talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentrációja, de a vizsgált

minták porozitása nem volt meghatározható kellő pontossággal a rendelkezésre álló

laboratóriumi eszközökkel. A talajminták sűrűsége nem volt mérhető, mert a tömör

szerkezetük és a fúrólyukat felvevő formájuk miatt nem lehetett meghatározni térfogatukat a

szerkezet megbolygatása nélkül. A víz segítségével történő porozitás becslés pedig a

feltételezhető nagy agyagásvány tartalom (duzzadás) miatt nem volt kivitelezhető, illetve nem

adott megbízható eredményt.

6. MÉRÉSI EREDMÉNYEK

6.1. Fajlagos 226Ra (238U-sor), 228Ac (232Th-sor) és 40K aktivitás értékek

A gamma-spektroszkópiai vizsgálatok a következő, 6. táblázatban összefoglalt

eredményeket hozták.

33

6. táblázat: Az egyes minták fajlagos izotópaktivitás és koncentráció értékei az egyszeres

szórás feltüntetésével

Minta jele 226Ra (Bq/kg) σ

c238U (ppm)

σ 228Ac (Bq/kg) σ

c232Th (ppm) σ

40K (Bq/kg) σ

cK (ppm) σ

1326 29,4 3,3 2,4 0,3 17,0 1,3 4,2 0,3 177 6 5730 205 1059-1 30,5 3,3 2,5 0,3 24,1 1,2 6,0 0,3 288 7 9316 240 1059-2 31,1 3,2 2,5 0.3 25,0 1,2 6,2 0,3 311 8 10053 251 1059-3 31,5 3,1 2,5 0,3 23,5 1,2 5,8 0,3 283 7 9156 240 1059-4 19,5 2,8 1,6 0,2 18,7 1,0 4,6 0,3 236 7 7635 218 1059-5 30,9 3,1 2,5 0,2 23,8 1,1 5,9 0,3 268 7 8654 233 1059-6 21,6 3,8 1,7 0,3 17,8 1,4 4,4 0,4 184 8 5951 254 1314-1 25,1 3,3 2,0 0,3 17,4 1,1 4,3 0,3 233 7 7537 233 1314-2 18,6 2,9 1,5 0,2 17,8 1,2 4,4 0,3 227 7 7329 218 1314-3 23,0 2,9 1,9 0,2 16,1 1,1 4,0 0,3 233 7 7539 229 1314-4 17,0 2,9 1,4 0,2 15,4 1,0 3,8 0,2 223 7 7228 221 1316-1 33,6 3,7 2,7 0,3 24,3 1,5 6,0 0,4 297 9 9622 279 1316-2 34,0 3,8 2,7 0,3 23,1 1,5 5,7 0,4 295 9 9532 289 1316-3 32,8 3,4 2,6 0,3 27,6 1,4 6,8 0,3 307 8 9942 268 1325-3-1 37,7 3,6 3,0 0,3 27,4 1,4 6,8 0,4 342 9 11072 289 1325-3-2 30,4 3,6 2,5 0,3 23,7 1,5 5,8 0,4 270 8 8738 271 1325-3-3 32,1 3,6 2,6 0,3 28,3 1,6 7,0 0,4 338 9 10950 289 1330-1 35,4 3,5 2,9 0,3 24,9 1,4 6,1 0,3 267 8 8650 250 1330-2 36,8 3,3 3,0 0,3 28,3 1,3 7,0 0,3 289 8 9348 250 1330-3 35,8 3,5 2,9 0,3 21,8 1,3 5,4 0,3 337 8 10897 271 CSIL-1 36,1 3,4 2,9 0,3 26,7 1,2 6,6 0,3 287 7 9296 240 CSIL-2 17,4 2,6 1,4 0,2 15,2 1,0 3,8 0,2 182 6 5903 193 PLTP-1 31,3 3,3 2,5 0,3 21,4 1,1 5,3 0,3 304 8 9846 247 PLTP-2 33,5 3,3 2,7 0,3 27,0 1,3 6,7 0,3 327 8 10563 263 PLTP-3 26,7 3,1 2,2 0,3 23,2 1,2 5,7 0,3 280 8 9061 243 PLTP-4 27,1 3,1 2,2 0,2 21,3 1,1 5,3 0,3 265 7 8571 229 PLTP-5 26,3 3,1 2,1 0,3 21,1 1,2 5,2 0,3 240 7 7769 230 TJ-1 26,7 3,3 2,2 0,3 22,9 1,3 5,7 0,3 276 8 8927 252 TJ-2 21,9 2,9 1,8 0,2 19,6 1,1 4,9 0,3 232 7 7501 217 TJ-3 26,9 3,1 2,2 0,3 20,7 1,2 5,1 0,3 244 7 7905 234 TJ-4 31,8 3,2 2,6 0,3 23,7 1,2 5,9 0,3 265 7 8569 234 VM-1 26,5 3,1 2,1 0,2 22,9 1,2 5,7 0,3 376 9 12173 280 VM-2 26,0 3,0 2,1 0,2 18,7 1,1 4,6 0,3 321 8 10395 256 VM-3 21,4 2,8 1,7 0,2 17,0 1,1 4,2 0,3 295 8 9552 250 ZS-1 35,8 3,5 2,9 0,3 18,6 1,2 4,6 0,3 242 8 7820 249 ZS-2 34,1 3,2 2,7 0,3 24,2 1,2 6,0 0,3 285 8 9209 243

A talajminták átlagos meghatározott 238U-koncentrációja 2,3±0,5ppm, 232Th-

koncentrációja 5,4±0,9ppm és K-koncentrációja 8832±24ppm. Ezek a magyarországi

átlagokat megközelítő értékek, amely átlag 238U-ra 2,3 ppm, 232Th-re 6,9 ppm és K-ra 11970

ppm (UNSCEAR, 2000). A mért értékek átlagosnak tekinthetőek.

Minden talajréteget egy belőle vett, megmért talajminta eredményei reprezentálnak. A

10., 11. és 12. ábrákon az egyes talajrétegekre jellemző izotóp- vagy elemkoncentráció

értékek láthatók a színskálák szerint behatárolt kategóriák alapján jelölve.

10. ábra: Az 238U koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben

Az 238U-koncentrációnak a legnagyobb a relatív szórása a három vizsgált izotóp (elem)

közül, de még így sem mutatnak nagy változékonyságot az adatok. Nem figyelhető meg

szoros összefüggés az 238U-koncentráció és a talajfelszíntől számított mélység között, viszont

egyes mintavételi pontokon (Budajenő, Hilltop; Tök Nagy Fúrás; Telki, Öreghegy Villapark;

TAKI; Zsámbék) a teljes fúrásra rendre nagyobbak az értékek, de ezek is átlag közeliek.

11. ábra: A 232Th-koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben

34

A 232Th-koncentráció értékek esetén sem figyelhető meg szoros összefüggés a

talajfelszíntől számított mélységgel.

Azonban fontos megemlíteni, hogy mivel a meghatározott 238U- és 232Th-koncentráció a 226Ra és az 228Ac fajlagos aktivitásából lett kiszámítva, inkább ezeknek az izotópoknak a

vertikális eloszlásáról adnak információt az ábrák. A szekuláris egyensúly feltételezésével

tettem a fenti megállapításokat (de ezt geokémiai folyamatok eltolhatják a rádium elem

kioldásával).

Az 12. ábra mutatja be a K-koncentráció értékek vertikális eloszlását.

12. ábra: A K-koncentráció változása a vizsgált talajrétegekben

Két felszíni minta (Telki, Öreghegy Villapark; Vízimalom) K-koncentrációja a

legnagyobb (ennek oka lehet műtrágya), de ezen kívül itt sincs szoros összefüggés a felszíntől

számított mélységgel. Az egyik fúrás esetén csökkennek az értékek, a másiknál pedig

növekednek a mélység felé (12. ábra).

6.2. Radon- és toron-mérések

6.2.1. Talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének eredményei

A mérési adatokat a 7. táblázat mutatja. Az eredmények Kemski et al. (2001) által leírt,

radonaktivitás-koncentrációkra vonatkozó kategóriák szerint alacsony (< 10kBq/m3), illetve

közepes (10-100kBq/m3) kategóriákba esnek. A legnagyobb értékeket mutató Vízimalom, is

csak közepes kategóriájú.

35

36

7. táblázat: A talajgáz radon- és toronaktivitás-koncentráció mérésének eredményei az

egyszeres szórás feltüntetésével

Mérési helyszín neve Radonaktivitás-koncentráció (Bq/m3) σ Toronaktivitás-koncentráció (Bq/m3) σ

Kelet - - - - Budajenő, Hilltop 1817 10 402 78 Budajenő, Szőlőhegy 14 8 0 0 Tök Nagy Fúrás 2776 17 1087 16Telki, Öreghegy Villapark 270 15 31 18

TAKI 13249 37 13493 46Csillagerdő 58 36 47 30 Perbál 6577 13 2972 27Tök 11161 39 5730 21Vízimalom 53040 54 12600 36Zsámbék 17747 54 8408 34

Az adatok között 3 olyat találunk (Budajenő, Szőlőhegy; Telki, Öreghegy; Csillagerdő),

amelyek esetén mindkét meghatározott érték nagyon kicsi, kBq-es nagyságrend alatti. Ebben

a 3 esetben valószínűleg felszíni levegő is került a szondába, vagy nem húztuk eléggé vissza a

szondát és nem volt levegő, amit meg tudott volna mintázni. Ezt a 3-3 adatot nem vettem

figyelembe az eloszlástérképek szerkesztésekor.

6.2.2. Fajlagos radon- és toronexhaláció mérésének eredményei

Az egyes minták fajlagos radon- és toronexhaláció számszerű értékeit a 8. táblázat

mutatja, a vertikális változást a 13. és 14. ábrákon színskála segítségével ábrázolom a fúrások

vizsgált rétegeiben.

37

8. táblázat: Az egyes minták fajlagos radon- és toronexhaláció értékei az egyszeres szórás

feltüntetésével

Minta jele Radonexhaláció (Bq/kg) σ Toronexhaláció (Bq/kg) σ 1326 5,9 0,2 3,1 0,1 1059-1 6,0 0,2 4,3 0,1 1059-2 4,7 0,1 3,5 0,1 1059-3 4,7 0,1 3,7 0,1 1059-4 2,9 0,1 3,1 0,1 1059-5 2,7 0,1 2,2 0,1 1059-6 3,0 0,1 2,5 0,1 1314-1 5,0 0,1 3,1 0,1 1314-2 2,6 0,1 2,2 0,1 1314-3 3,1 0,1 3,0 0,1 1314-4 3,0 0,1 2,8 0,1 1316-1 3,3 0,1 3,6 0,1 1316-2 4,2 0,1 2,6 0,1 1316-3 5,3 0,1 3,8 0,1 1325-3-1 9,0 0,3 7,4 0,3 1325-3-2 2,8 0,1 2,9 0,1 1325-3-3 4,0 0,1 3,3 0,1 1330-1 7,2 0,2 3,6 0,1 1330-2 5,2 0,1 3,3 0,1 1330-3 6,9 0,2 5,5 0,1 CSIL-1 5,1 0,1 3,3 0,1 CSIL-2 4,5 0,1 4,5 0,1 PLTP-1 4,8 0,1 2,5 0,1 PLTP-2 6,8 0,2 4,5 0,1 PLTP-3 7,7 0,2 4,9 0,1 PLTP-4 2,7 0,1 2,5 0,1 PLTP-5 3,5 0,1 2,7 0,1 TJ-1 6,5 0,2 3,6 0,1 TJ-2 2,1 0,1 2,5 0,1 TJ-3 2,5 0,1 1,9 0,1 TJ-4 0,4 0,0 3,6 0,1 VM-1 9,9 0,2 6,0 0,2 VM-2 8,6 0,2 3,3 0,1 VM-3 6,7 0,2 0,7 0,0 ZS-1 4,5 0,1 2,9 0,1 ZS-2 4,3 0,1 3,3 0,1

13. ábra: A radonexhaláció értékek változása a vizsgált talajrétegekben

14. ábra: A toronexhaláció értékek változása a vizsgált talajrétegekben

A radon- és toronexhaláció értékek a mélység felé több esetben csökkennek (Budajenő,

Hilltop; Tök), de olyan is előfordul, amikor növekedés tapasztalható (például TAKI).

6.3. Fizikai talajféleség-kategóriákba sorolás eredménye

A 9. táblazatban találhatók a vizsgált 36 talajminta közül 10 darab fizikai talajféleség-

kategóriába sorolásának eredménye. A minták kiválasztása a gamma-spektroszkópiai és a

radon- és toronexhaláció vizsgálatok eredményei alapján történt (a 21. ábrán történő

elkülönülés szerint). 38

39

9. táblázat: A kiválasztott talajminták Arany-féle kötöttségi száma (Stefanovits et al.,

1999) és az ez alapján meghatározott fizikai talajféleség-kategória

Minta jele KA Fizikai talajféleség-kategória 1059-5 42 vályog 1325-3-2 44 agyagos vályog 1325-3-3 45 agyagos vályog 1330-3 59 agyag CSIL-2 44 agyagos vályog PLTP-3 69 nehéz agyag TJ-4 54 agyag VM-2 > 64 nehéz agyag VM-3 > 70 nehéz agyag ZS-2 43 agyagos vályog

Az eredmények szerint a minták vályog, agyagos vályog és agyag kategóriákba

sorolhatóak. A 1059-5 minta adta a legkisebb értéket, a VM-2 és VM-3 minta pedig a

legnagyobbakat. Ezek esetében nem tudtam a pontos értéket meghatározni, mert a vizsgálat

elvégzése során olyan talajpéppé alakultak, amelyben homogenizáció közel sem volt

tökéletes. A két érték hasonló állapotban került meghatározásra.

7. SZÁRMAZTATOTT EREDMÉNYEK, ELOSZLÁSTÉRKÉPEK ÉS

ÉRTELMEZÉSÜK

A 15. ábrán az 228Ac (232Th sor) fajlagos aktivitása látható a 226Ra (238U sor) fajlagos

aktivitásának függvényében. A két érték korrelál egymással, a számított korreláció értéke

0,79. Ez azt jelenti, hogy nagyobb 226Ra fajlagos aktivitáshoz nagyobb 228Ac fajlagos

aktivitás társul általában, így a számított 238U-koncentrációhoz nagyobb 232Th-koncentráció

tartozik.

15. ábra: Az 228Ac fajlagos aktivitása az 226Ra fajlagos aktivitásának függvényében

trendegyenes illesztésével, a szórás feltüntetésével [a kéktől eltérő színű jelek a

következő mintákat jelentik: zöld - VM-3, rózsaszín - VM-2, lila - VM-1 (nem látszik a

többi ponttól) és narancssárga - TJ-4 minta]

40

A fajlagos radon- és toronexhaláció értékek korrelációját a 16. ábra mutatja, aminek

értéke 0,68.

16. ábra: A fajlagos toronexhaláció a fajlagos radonexhaláció függvényében

trendegyenes illesztésével, a szórás feltüntetésével (a kéktől eltérő színű jelek az alábbi

mintákat jelentik: zöld - VM-3, rózsaszín - VM-2, lila - VM-1 és narancssárga - TJ-4

minta)

Amint a 16. ábra mutatja néhány, eltérő színnel jelölt talajminta nem illeszkedik a

trendre. A VM-2 és VM-3 mintában a fajlagos toronexhaláció csökkent értékű, a TJ-4

mintában pedig a fajlagos radonexhaláció mutat kicsi értéket (a többi mintához viszonyítva).

Feltűnő, hogy a kék jellel jelölt minták jelentős korrelációt – 0,82-t – mutatnak.

41

Megvizsgálva a fajlagos 226Ra és 228Ac és a radon- és toronexhaláció összefüggését, gyenge

korreláció tapasztalható (17. és 18. ábra). Ennek értéke 0,27, illetve 0,40. Ezek a gyenge

összefüggések az exhaláció mértékét befolyásoló összetett tényezők jelentős hatásával

magyarázhatók. Mindkét esetben (17. és 18. ábra) megfigyelhető egy alapvető növekvő

trend.

17. ábra: A fajlagos radonexhaláció a fajlagos 226Ra aktivitás függvényében

trendegyenes illesztésével

18. ábra: A fajlagos toronexhaláció a fajlagos 228Ac aktivitás függvényében trendegyenes

illesztésével

42

43

A fajlagos 226Ra és 228Ac aktivitás (amely utóbbi, szekuláris egyensúly esetén

megegyezik a toron közvetlen anyaelemének, a 224Ra-nek az aktivitásával) és a fajlagos

radon- és toronexhaláció hányadosaként meghatározható a radon- és toronexhalációs

együttható (10. táblázat). Ezek az értékek fejezik ki (jelen dolgozatban), hogy a keletkező

radon és toron atomok hány százaléka hagyja el a mintát.

10. táblázat: Az egyes minták radon- és toronexhalációs együtthatói az egyszeres szórás

feltüntetésével

Minta jele Radonexhalációs együttható (%) σ Toronexhalációs együttható (%) σ 1326 20,0 2,3 18,3 1,5 1059-1 19,8 2,2 18,0 1,0 1059-2 15,0 1,6 14,1 0,8 1059-3 15,1 1,5 15,9 1,0 1059-4 14,8 2,2 16,5 1,1 1059-5 8,7 0,9 9,2 0,5 1059-6 14,0 2,5 14,1 1,3 1314-1 19,9 2,7 17,8 1,2 1314-2 14,1 2,2 12,5 0,9 1314-3 13,3 1,7 18,3 1,4 1314-4 17,9 3,2 18,2 1,3 1316-1 10,0 1,1 14,7 1,1 1316-2 12,4 1,4 11,1 0,8 1316-3 16,2 1,7 13,7 0,8 1325-3-1 23,9 2,4 27,1 1,7 1325-3-2 9,2 1,1 12,4 0,9 1325-3-3 12,5 1,4 11,5 0,8 1330-1 20,3 2,1 14,6 0,9 1330-2 14,2 1,3 11,8 0,7 1330-3 19,3 1,9 25,0 1,6 CSIL-1 14,2 1,4 12,5 0,7 CSIL-2 25,9 3,9 29,9 2,1 PLTP-1 15,5 1,7 11,7 0,7 PLTP-2 20,2 2,0 16,7 0,9 PLTP-3 29,0 3,5 21,2 1,3 PLTP-4 10,1 1,2 11,8 0,7 PLTP-5 13,2 1,6 12,7 0,9 TJ-1 24,2 3,0 15,8 1,0 TJ-2 9,8 1,3 12,8 0,9 TJ-3 9,3 1,1 9,3 0,7 TJ-4 1,2 0,1 15,0 0,9 VM-1 37,2 4,4 26,2 1,5 VM-2 33,3 3,9 17,8 1,2 VM-3 31,3 4,1 4,3 0,4 ZS-1 12,6 1,3 15,7 1,2 ZS-2 12,5 1,2 13,6 0,8

A hibaszámításkor a fajlagos aktivitás és az exhaláció értékek szórását vettem

figyelembe. Ezeket a táblázatban összefoglalt értékeket felhasználva elkészíthetők a radon-

és toronexhalációs együtthatók vertikális eloszlását bemutató ábrák (19. és 20. ábra). A

radonexhalációs együtthatók értékének átlaga és annak szórása: 16,9±7,6%, a toronexhalációs

együtthatók esetén ugyanez: 15,6±5,2%. A két érték korrelációjának értéke 0,50 (az összes

mintát vizsgálva), ez nem jelez (szoros) kapcsolatot.

19. ábra: A radonexhalációs együttható értékek a vizsgált talajrétegekben

20. ábra: A toronexhalációs együttható értékek a vizsgált talajrétegekben

44

A vertikális eloszlás esetén azt várnánk, hogy a mélység felé, a talaj tömörödése miatt

csökkennek az értékek, de az adatok ezt nem mutatják egyértelműen. A toronexhalációs

együtthatót a radonexhalációs együttható függvényében ábrázolva (21. ábra) információt

kaphatunk az exhaláció, a radon és toron atomok mintából történő kijutásának folyamatáról.

Ezeket az értékeket összevetettem a 21. ábrán még a meghatározott fizikai talajféleség-

kategóriákkal is ott, ahol van adat (9. táblázat).

21. ábra: A toronexhalációs együttható a radonexhalációs együttható függvényében, a

két érték egyenlőségét jelölő piros egyenessel, a fizikai talajféleség-kategóriák jelölésével

(fehér - vályog, citromsárga - agyagos vályog, narancssárgától feketéig - egyre nehezebb

agyag; kék - nincs adat)

A piros egyenes (amely az ábrázolt két érték egyenlőségét jelöli) közelében lévő pontok

esetén a radonexhalációs együttható közel egyenlő a toronexhalációs együtthatóval. Ez azt

jelenti, hogy a mintából azonos valószínűséggel jut ki a hosszabb felezési idejű radon és a

rövidebb felezési idejű toron, tehát ebben az esetben a kijutó atomok egyből elhagyják a

mintát. A 21. ábra szintén jelzi, hogy nincs egyértelmű összefüggés a fizikai talajféleség-

kategória (ami a jellemző szemcseméretre és agyagásvány-tartalomra utal) és a két exhalációs

együttható aránya között, bár a nagyobb jellemző szemcseméretű, vályogos talajok a piros

vonalon helyezkednek el, míg az agyagos talajok esetén eltolódás tapasztalható valamely

irányba. A VM-2 és VM-3 minták a legnehezebb agyagok a vizsgált minták közül (9.

45

táblázat, 21. ábra) és ezek tolódtak el legnagyobb mértékben a radonexhalációs együttható

irányába, tehát ezekben tartózkodnak leghosszabb ideig a radon és toron atomok.

A kapott eredményeket összevetetettem Greeman & Rose (1996) publikált adataival.

Az ezekből (a digitalizált és ábrázolt adatokból) szerkesztett diagram látható az 22. ábrán.

22. ábra: A toronexhalációs együttható a radonexhalációs együttható

függvényében Greeman & Rose (1996) adatai alapján, a két érték egyenlőségét jelölő

piros egyenessel, a kiemelkedő agyagtartalmú minták jelölésével (fekete: 70-80%

agyagtartalom, barna: 50-60% agyagtartalom, kék:

esetben – feltételezhetően – a talajszemcsék belsejében megtalálható ásványok a radon és a

toron forrása.

Alább az eredmények (7. és 8. táblázat, nem a tárgyalás sorrendjében) alapján

szerkesztett (exhaláció és talajgáz aktivitás-koncentráció) eloszlástérképek kerülnek

bemutatásra, amelyeket összevetek egymással. Az első kettő eloszlástérkép (23. és 24. ábra)

szerkesztése során minden lehetséges pontra (kivétel: Kelet, Csillagerdő) meghatároztam egy

értéket a fúrás talajmintáinak fajlagos exhalációjának mérési eredményei (8. táblázat) és az

egyes rétegek vastagsága alapján, majd ezeket ábrázoltam a Surfer8 program segítségével.

625000 626000 627000 628000 629000 630000 631000 632000 633000 634000

243000

244000

245000

246000

247000

248000

249000

Kelet

Budajeno, Hilltop

Budajeno, Szolohegy

Tök Nagy Fúrás

Telki, Öreghegy Villapark

TAKI

Csillagerdo

Perbál

Tök

Vízimalom

Zsámbék

3

3.4

3.8

4.2

4.6

5

5.4

5.8

6.2

6.6

7

7.4

7.8

8.2

8.6

23. ábra: A felső, 0-2 méteres talajrétegre, vastagság szerint súlyozottan átlagolt fajlagos

radonexhaláció (Bq/kg) Zsámbék (nyugat), Perbál (észak), Telki, Öreghegy Villapark

(kelet) és Vízimalom (dél) nevű mintavételi pontok által határolt területen

47

625000 626000 627000 628000 629000 630000 631000 632000 633000 634000

243000

244000

245000

246000

247000

248000

249000

Kelet

Budajeno, Hilltop

Budajeno, Szolohegy

Tök Nagy Fúrás

Telki, Öreghegy Villapark

TAKI

Csillagerdo

Perbál

Tök

Vízimalom

Zsámbék

2.52.62.72.82.933.13.23.33.43.53.63.73.83.944.14.24.3

24. ábra: A felső, 0-2 méteres talajrétegre, vastagság szerint súlyozottan átlagolt

fajlagos toronexhaláció (Bq/kg) a Zsámbék (nyugat), Perbál (észak), Telki, Öreghegy

Villapark (kelet) és Vízimalom (dél) nevű mintavételi pontok által határolt területen

A talajgáz mérések eredményeiből (7. táblázat) a következő, 25. és 26. ábrán látható, a

radon- és toron eloszlásának térképei szerkeszthetők. Ezt a technikat sok ország alkalmazza

és elegendőnek tartja az úgynevezett radonpotenciál térkép szerkesztésére. Tekintettel arra,

hogy a Kelet; Budajenő, Szőlőhegy, Telki, Öreghegy Villapark és Csillagerdő pontok nem

rendelkeznek (értelmezhető) adattal (ennek okát lásd 6.2.1. fejezet), így az eloszlástérkép

kisebb területet fed le, mint a fajlagos exhalációból szerkesztett térképek.

48

625000 626000 627000 628000 629000 630000 631000 632000 633000 634000

243000

244000

245000

246000

247000

248000

249000

Kelet

Budajeno, Hilltop

Budajeno, Szolohegy

Tök Nagy Fúrás

Telki, Öreghegy Villapark

TAKI

Csillagerdo

Perb�