Μετρώντας ραδιενέργεια στο σπίτι.

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 μαςw1. Η «Σχολική Έρευνα για το Ραδόνιο» (‘Radon school survey’ – RSS) projectw2w3 περιλαμβάνει μαθητές λυκείου που μετράνε τη συγκέντρωση ραδονίου στο δικό τους σπίτι.


Εικόνα 1: Ακατέργαστο CR39
Η εικόνα προσφέρθηκε από Πανεπιστημίου της Τριέστης
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 ασυγκρούεται 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’)

Εικόνα 2: Δοσίμετροομετρητής CR39
Η εικόνα προσφέρθηκε από Πανεπιστημίου της Τριέστης
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.


Εικόνα 3: CR39 μέσα στην «κάμερα έκθεσης»
Η εικόνα προσφέρθηκε από Πανεπιστημίου της Τριέστης
  1. 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.

 

Σημείωση ασφάλειας: Το υδροξείδιο του νατρίου είναι διαβρωτικό και πρέπει να χειριστεί με προσοχή.

  1. 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.
  2.  

  3. 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).

Εικόνα 4: Μικροσκόπιο με μικροκάμερα
Η εικόνα προσφέρθηκε από Πανεπιστημίου της Τριέστης

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.

 


Εικόνα 5: Ίχνη πυρήνων 10x (οι τρύπες που δείχνουν τα βέλη)
Η εικόνα προσφέρθηκε από Πανεπιστημίου της Τριέστης

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/m3που 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).


Μετρήσεις που έγιναν το καλοκαίρι του 2005. n=897, 7 σχολεία. Μέσος όρος 130, τυπική απόκλιση 292, μέγιστο 5699, ελάχιστο 0, μέσος 87

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).


Μετρήσεις που έγιναν το χειμώνα του 2007. n=860, 10 σχολεία. Μέσος όρος 208, τυπική απόκλιση 275, μέγιστο 3227, ελάχιστο 0, μέσος 14

Μέτρηση ραδονίου (Bq/m3) Έρευνα Καλοκαίρι2005 (n=897) Έρευνα Χειμώνας 2007 (n=860)
Rn≤200 (όριο για κτήρια παλαιότερα του 1990) 89% (795) 70% (604)
200<Rn≤400 (όριο για κτήρια νεότερα του 1990) 9% (80) 20% (168)
Rn>400 2% (22) 10% (88)

Πίνακας 1: Αποτελέσματα δειγμάτων από το πείραμα RSS

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 ραδονίουw4 (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 Academyw5 (μοντέλα 5304 και 5829) με μια μικροκάμερα και το συνοδευόμενο λογισμικό απεικόνισης (βλ Εικόνα 4).

Το πείραμα RSS

Το πείραμα RSS είναι διεπιστημονικό και περιλαμβάνει όχι μόνο φυσική αλλά και χημεία, γεωλογία (χαρακτηριστικά του εδάφους), μαθηματικά (περιλαμβάνοντας για παράδειγμα, τον εκθετικό υποδιπλασιασμό και την κατανομή Poisson των ιχνών), και κοινωνικούς προβληματισμούς (περιπτώσεις κινδύνων ραδονίου).

Το θέμα ρίχνει φως στα «σκοτεινά μυστήρια» της ραδιενέργειας και είναι κοινωνικά χρήσιμο, ειδικά σε μια περιοχή υποψήφια πλούσια σε ραδόνιο, σαν τη δική μας. Οι μαθητές και οι γονείς τους είναι συνήθως περίεργοι να μάθουν τα επίπεδα ραδονίου στο σπίτι τους. Μέχρι τώρα, το πείραμα είχε συμμετοχές από σχεδόν 5000 άτομα της περιοχή μας, μαθητές, οικογένειες, δάσκαλοι και σχολικό προσωπικό, ενημερώνοντας τους για τους κινδύνους στην υγεία.

Εκτός από τη μέτρηση ραδονίου, ο άλλος κύριος στόχος του πειράματος είναι να προκαλέσει το ενδιαφέρον σε μαθητές λυκείου για την επιστήμη και τις επιστημονικές καριέρες, με το να τους ωθήσει να συμμετέχουν σε μια πραγματική επιστημονική μελέτη, παίρνοντας μόνοι τους τις μετρήσεις. Οι μαθητές ενημερώνονται ότι περιστοιχιζόμαστε από την επιστήμη και ότι είναι δυνατό να διεξάγουμε σοβαρή επιστήμη στην καθημερινή ζωή με απλό εξοπλισμό.

Οι διοργανωτές του πειράματος και πολλοί από τους συμμετέχοντες συμμετέχουν τώρα σε ένα επόμενο πείραμαw7 – να μελετήσουν τα επίπεδα του137caesium που απέμειναν στην περιοχή τους ως αποτέλεσμα του ατυχήματος του Chernobyl το 1986.

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-VGw6.

Με ευγνωμοσύνη ευχαριστούμε για την υποστήριξη τους χρηματοδότες μαςw3, Progetto Lauree Scientifiche, INFN, και το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Τριέστης.

Αναφορές

Η Επιτροπή της Ευρωπαϊκής Κοινότητας (1990) Συστάσεις της Επιτροπής για την Προστασία του Κοινού κατά της έκθεσης σε ραδόνιο σε εσωτερικούς χώρους(90/143/Euratom).http://ec.europa.eu/energy/nuclear/radioprotection/doc/legislation/90143_en.pdf

Αναφορές στο διαδίκτυο

w1 – Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το ραδόνιο, δείτε τις ιστοσελίδες της Αρχής Προστασίας της Υγείας του Ηνωμένου Βασιλείου (www.hpa.org.uk), την Αμερικάνικη Αρχή Περιβαλλοντικής Προστασίας (www.epa.gov) και το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Γραφείο Δημόσιας Υγείας (www.bag.admin.ch, στα αγγλικά, ιταλικά, γαλλικά και γερμανικά).

w2 – Περισσότερες πληροφορίες για το πείραμα RSS και λεπτομερείς περιγραφές για τις μετρήσεις και για τη συλλογή δεδομένων είναι διαθέσιμες στις παρακάτω ιστοσελίδες.
Για μια παρουσίαση του πειράματος (στα Ιταλικά), δείτε:www.ts.infn.it/eventi/ComunicareFisica/presentazioni/vascotto.pdf

Για παρουσιάσεις σχετικά με το πείραμα (στα Αγγλικά και Ιταλικά), δείτε επίσης τη σελίδα του Fisica a Trieste:http://physics.units.it/didattica03/orientamento/laboratori.php

 

w3 – Το πείραμα RSS χρηματοδοτήθηκε από:
ένα Ιταλικό εθνικό πρόγραμμα για να διαδώσει την επιστημονική κουλτούρα και να αυξήσει το ενδιαφέρον στις επιστημονικές αρχές και σταδιοδρομίες, δείτε:www.progettolaureescientifiche.it

INFN, το Ιταλικό Εθνικό Ίδρυμα Πυρηνικής Φυσικής, δείτε:www.infn.it

Το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Τριέστης, δείτε:http://physics.units.it

 

w4 – Στους προμηθευτές του CR39 περιλαβάνονται:

Intercast Europe (φθηνοί CR39 χωρίς βαθμονόμηση):www.intercast.it

FGM Ambiente (βαθμονομημένα δοσίμετρα CR39):www.fgmambiente.it

Radosys (βαθμονομημένα δοσίμετρα CR39): www.radosys.com

TASL (κατασκευαστής CR39): www.tasl.co.uk

 

w5 – Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το Konus (συμπεριλαμβανομένων των μικροσκοπίων και των μικροκαμερών), δείτε: www.konus.com

w6 – ARPA-FVG είναι η τοπική αρχή περιβαλλοντικής προστασίας του Friuli Venezia Giulia. Για περισσότερες πληροφορίες, δείτε: www.arpafvg.it

w7 – Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το πείραμα Καισίου, δείτε την ιστοσελίδα του (ιταλικού) πειράματος (http://physics.units.it/didattica03/orientamento/laboratori.php#cesio) ή επικοινωνήστε με το Marco Budinich απευθείας (marco.budinich@ts.infn.it)

w8 – Δείτε την ιστοσελίδα του Marco Budinich:wwwusers.ts.infn.it/~mbh/MBHgeneral.html

Πηγές

Αν σας άρεσε το άρθρο, μπορεί να θέλετε να διαβάσετε άλλα άρθρα σχετικά με εκπαιδευτικά πειράματα επιστήμης στο ScienceinSchool. Δείτε:www.scienceinschool.org/projects

 


 

O Marco Budinichw8 είναι φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Τριέστης, στην Ιταλία, όπου είναι υπεύθυνος για τις δραστηριότητες προσέγγισης του κοινού του τμήματος φυσικής.

Ο Massimo Vascotto, ο συντονιστής του πειράματος, έχει πτυχίο φυσικής και διδάσκει Αρχές Θαλασσογραφίας (π.χ. Πλοήγηση, μετεωρολογία και ωκεανογραφία) σε Λύκειο Ναυπηγικής (για δόκιμους ναύτες) στην Τριέστη. Έχει συνεργαστεί για πολλά χρόνια με το τμήμα φυσικής στην Τριέστη και με το INFN, το Ιταλικό Εθνικό Ίδρυμα Πυρηνικής Φυσικής, όπου είναι επίκουρος φυσικός σε προγράμματα επικοινωνίας της επιστήμης.

Κριτική

Αυτό το πείραμα δείχνει πως η διδασκαλία της ραδιενέργειας, η οποία είναι συνήθως ένα θέμα για την τάξη, μπορεί να διευρυνθεί εκτός σχολείου. Οι μαθητές εξετάζουν την παρουσία ραδονίου στα δικά τους σπίτια και μετά διεξάγουν πιο λεπτομερείς αναλύσεις στο σχολικό εργαστήριο. Το γεγονός ότι μπορούν να «δουν» στην πράξη την ακτινοβολία, την κάνει λιγότερο αυθαίρετη. Αυτό θα κινήσει τους μαθητές να ερευνήσουν τις επιπτώσεις του ραδονίου και άλλων πηγών ραδιενέργειας και να διεξάγουν προσεκτικές αναλύσεις και λεπτομερή ερμηνεία των αποτελεσμάτων.

Οι περισσότερες συσκευές και υλικά που αναφέρονται από τους συγγραφείς βρίσκονται εύκολα σε ένα επιστημονικό εργαστήριο. Αυτό προτρέπει τους δασκάλους να δοκιμάσουν αυτό το πείραμα με τους δικούς τους μαθητές έτσι ώστε να μπορούν να δουν στην πραγματικότητα τις επιδράσεις της ακτινοβολίας στα δικά τους σπίτια. Αυτό το πείραμα ενσταλάζει στους μαθητές την ερευνητική προσέγγιση της επιστήμης.

Το άρθρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μαθήματα φυσικής για να εισάγει το θέμα της ραδιενέργειας (είδη ραδιενέργειας, ακτινοβολία υποβάθρου, επιπτώσεις της ραδιενέργειας). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στη Χημεία (ραδιενεργά υλικά), γεωλογία (ιδιότητες εδάφους και πετρωμάτων) ή προχωρημένα Μαθηματικά (εκθετικός υποδιπλασιασμός και κατανομή Poisson). Επιπλέον, μιας και είναι ένα ευαίσθητο θέμα, μπορεί να επεκταθεί στην τάξη συζήτηση στο πως η ραδιενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υπηρετήσει την ανθρωπότητα και τι μπορεί να συμβεί αν η ραδιενέργεια φτάσει σε ανησυχητικά επίπεδα.

Catherine Cutajar, Μάλτα

 

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Αρέσει σε %d bloggers: