بخشی از مقاله
چکیده
گاز رادون درون خاک از طریق واپاشی رادیوم تولید شده و توسط مکانیزمهای پخش و انتقال از سطح زمین خارج میشود. بازدم رادون به ویژگی های ماده تحقیق از قبیل ضخامت، ساختار داخلی و مقدار رطوبت و غیره بستگی دارد. در این مقاله به ترابرد گاز رادون در محیط متخلخل به صورت دو لایه پرداخته شده است. در این راستا زمین را بصورت دو لایه همگن، یک لایه از مواد زائد و روی آن یک لایه پوششی در نظر گرفته شده و به دلایل فیزیکی فقط فرایند پخش مورد بررسی قرار گرفته است و سپس آهنگ بازدم و غلظت رادون و مدل ترابری رادون در محیط متخلخل همگن با استفاده از پارامترهای مهم خاک از قبیل رطوبت، تخلخل و غیره مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است.
با توجه به نتایج بدست آمده، ثابت میشود که ضریب پخش رابطه معکوس با رطوبت و رابطه مستقیم با تخلخل دارد، غلظت اشباع رابطه مستقیم با غلظت رادیوم و رطوبت دارد و غلظت رادون با رسیدن به ثابت رطوبت 0/2 و 0/22 و 0/24 ابتدا مقادیر غلظت رادون نسبت به ثابت رطوبتهای کمتر، کاهش مییابد و در عمق 1/5 متر دوباره افزایش می یابند، از عمق 1/5 متر به بالا وارد لایه مواد زائد میشویم غلظت رادون با افزایش رطوبت و با افزایش عمق افزایش مییابد تا در عمق 3 متری برای همه رطوبتها تقریبا به مقادیر یکسانی میرسند. هر چه ضخامت لایه پوشش بیشتر میشود غلظت رادون کاهش می یابد. بازدم رادون از سطح دو لایه رابطه معکوس با رطوبت و ضخامت لایه پوشش دارد که در اعماق زیاد به سمت صفر میل میکند.
مقدمه
زنجیره واپاشی اورانیوم شامل بیش از دوازده نوکلوئیدهای رادیواکتیو، که خطر اصلی ناشی از محصولات واپاشی اورانیوم است که از طریق تخریب رادیواکتیو عنصر رادیوم 226 عنصر رادون به وجود میآید و رادیوم 226 محصول واپاشی اورانیوم 238 است که ذرات آلفا پرتوزا از خود میتاباند.[1] رادون یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Rn و عدد اتمی آن 86 است، این عنصر از گازهای بی اثر و پرتوزا است.
برای عنصر رادون 20 ایزوتوپ شناخته شده است که پایدارترین ایزوتوپ آن 222Rn است که نیمه عمرش 3/8 روز بوده و در پرتودرمانی کاربرد دارد .[2] مهمترین منشاء گاز رادون منابع خاک و پس از آن منابع آب زیرزمینی، چشمههای آبگرم و آبهای سطحی میباشد. رادون از هر نوع صخره حاوی اورانیوم و یا توریوم منشاء می گیرد. اثر وجود گاز رادون بویژه در معادن و بر روی کارگران و معدنچیان بسیار زیانبار است.
تحقیقات نشان دادند که % 90 رادون موجود در منازل از منابع خاک تأمین میشود. همچنین نشان دادند که سطوح بالای رادون در فضاهای بسته با سطوح بالای این ترکیب در گاز خاک در ارتباط است .[3] رادون موجود در هوا از طریق استنشاق و رادون موجود در آب به علت محلول بودن در اثر نفوذ به داخل بدن، موجب سرطان میشوند.[4] از سنجش مقدار گاز رادون در مهندسی زلزله برای شناسایی محل گسلها ی عمیق و محاسبه احتمالی پیش بینی زلزله استفاده میشود. اثرات قرار گرفتن در معرض طولانی استنشاق گاز رادون در میان کارگران معدنها ی زیرزمینی و محیطهای آلوده که دچار سرطان ریه میشوند .
[5] در چند دهه اخیر مطالعات نسبتا زیادی روی گاز رادون انجام شده است یکی از مهمترین دلایل آن خطری است که گاز رادون برای سلامتی انسان دارد. بنابراین مطالعاتی روی گاز رادون و نحوه خروج آن توسط جوامع پزشکی و دانشمندان انجام شد که گاز رادون و دختران آن به عنوان یک نشانگر برای یافتن گسلها، تشخیص ساختارهای زمینشناسی، کشف منابع اورانیوم و همچنین پیش بینی زمینلرزه به کار میرود. حسینی رنجبر و همکارانش در سال 1385 به بررسی تجربی معادله ترابرد رادون در خاک دانشگاه شهید باهنر کرمان و خاک مرکز بین المللی علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی ماهان پرداختند .
[6] نگارستانی و همکارانش در سال 1387 ضریب پخش رادون را در نمونهای از خاک و تغییرات آن با رطوبت را بررسی کردند .[4] ایکب1 در سال 1992 اثر کاهش برای بازدم رادون از مواد زائد حاوی رادیوم در پوششی از خاک معمولی در دو لایه و سه لایه را بوسیله برآورد استفاده از پارامترهای مختلف خاک از قبیل ثابت رادیوم، نسبت تولید و فرار رادون ، ثابت هوا و ضریب پخش موثر رادون ارزیابی کرد .[7] در این تحقیق زمین به صورت دو لایه در نظر گرفته شده است و معادلات پخش در محیط همگن بررسی شده است، و غلظت رادون و شار خروجی آن تعیین شده است.
شرح مسئله: معادله ترابرد رادون
گاز رادون با دو ساز و کار انتقال و پخش میتواند از خاک خارج و وارد جو شود، معادله کلی حاکم بر پخش و انتقال رادون را معادله ترابرد ضریب پخش رادون در محیط متخلخل یکی از فاکتورهای مهم معادله پخش که تعیین کننده میزان پخش رادون است ضریب پخش آن است که به عواملی مختلفی از قبیل دما، رطوبت، تخلخل، نفوذپذیری موثر خاک بستگی دارد. بالا بودن ضریب پخش رادون در خاک یک منطقه و یا مصالح به کار رفته در ساختمان باعث می شود که غلظت رادون ورودی به ساختمانهای آن منطقه زیاد شود.
بنابراین پیدا کردن ضریب پخش رادون اهمیت زیادی پیدا میکند . که در آن Dair ضریب پخش رادون در هواست که مقدار آن را در اینجا 10- 5 m2/s در نظر گرفته شده است و چگالی خاک و w چگالی آب بر حسب kg/m3 و n تخلخل خاک و w رطوبت خاک است. فرایند پخش در مسیر غیر خطی اتفاق میافتد و در مسیرهای منحنی بوسیله شکل فضای متخلخل تعیین میشود که آن را با فاکتور پیچخم - - تعریف شده و برای محیطهای متخلخل مقدار آن یک است . - =1 - در مورد اشباع منافذ با آب ضریب پخش مانند فضاهای پر شده با هوا عمل میکند .
غلظت اشباع رادون
Cb غلظت اشباع رادون در معادله - 4 - بیانگر فعالیت رادون تولید شده در واحد حجم و در واحد زمان است، غلظت در عمق بینهایت لایه همگن به حالت اشباع رسیده که فعالیت رادون در فضای منافذ وارد میشود . میتوان غلظت اشباع رادون را بصورت حاصلضرب ثابت رادیوم و ضریب خروج گاز و چگالی تقسیم بر تخلخل نوشت .
