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vorgelegt von:
Oliver Walenciak (120406) im Fachbereich 09
betreut durch:
Prof. Dr. Ing. K. H. Jacob
Die Emanation von Radon gewinnt aufgrund neuerer Erkenntnisse über Strahlenbelastungen in der Umwelt und damit auch in der Messtechnik der lufttragenden Aktivität immer größere Bedeutung.
Radonmessungen als Maßnahmen des vorbeugenden und begleitenden Strahlenschutzes sind schon lange in Bergwerken, besonders der untertägigen Gewinnung üblich gewesen. Die Entdeckung, dass Radon und seine Folgeprodukte bei der Bevölkerung einen beträchtlichen Teil der Strahlenbelastung ausmacht, hatte die Entwicklung von zahlreichen und genauen Messgeräten zur Folge.
Dies aber vor allem, da Radon mit der Außenluft durch die Fenster, durch Keller und Fundamente aus dem Boden, aus Baustoffen und aus der Wasserversorgung in menschliche Wohnräume gelangen kann und dort bei erhöhter Konzentration zur Gefährdung der Gesundheit führt.
In der vorliegenden Studienarbeit werden aus der Vielzahl von Messgeräten zur Messung dieser Konzentrationen zwei Messgeräten ("Radon-Alpha-Meter" nach Heger und die "Szintillationskammer") vorgestellt und die damit ermittelten Messergebnisse verglichen.
Wie aus Chemie und Physik bekannt, reagieren Stoffe um so reaktionsfreudiger (heftiger), desto größer ihre Oberfläche ist. Das Ausmaß und die Intensität dieses Gesetzes wurde am Beispiel eines Uranerzes am Einkorn bzw. Stückerz (Kornverband) mit Hilfe der Schüttelmethode und der Perlatormethode gemessen und beurteilt.
Der Verfasser der Arbeit hatte im Oktober 1993 im Rahmen eines Prospektionspraktikums der Technischen Universität Berlin (Fachbereich Lagerstättenkunde) die Gelegenheit, in Forstau (Kärnten/österreich) unter der Leitung von Prof. Dr. Ing. K. H. Jacob in Forstau die dortige Lagerstätte zu untersuchen und ein Handstück eines Quarz-Glimmerschiefers, das Uran (Pechblende) enthält, für die vorliegende Arbeit zu gewinnen.
Die Lagerstätte Forstau, aus der die untersuchte Gesteinsprobe entnommen wurde, wäre in den späten 60er Jahren als bedeutender österreichischer Uranbergbau zum Abbau gelangt, wenn nicht die hochprozentigen überseeischen Uranlagerstätten wie z.B. Key Lake in Kanada gefunden worden wären.
Nach Einführung in die Grundlagen der Radonemanation, wobei neben dem Element Radon der Radonemanationskoeffizient die Ziele der Radonmessung vorgestellt wurden, folgte die Vorstellung der Messinstrumente und -methoden.
Hierbei erfolgte eine eingehende Beschreibung des "Radon-Alpha-Meters" nach Heger.
Das Uranerz wurde als Einkorn (aufgemahlenes Erz) und als Stückerz (Kornverband) in ein 50 l-Gefäß gegeben.
Als Messmethoden wurden in der vorliegenden Arbeit die Schüttel- und Perlatormethode verwendet. Bei der ersten Methode wird ein Liter des zu untersuchenden Wassers mit einem Kolben in eine Spritze, in der in einem Luftraum nach 30-maligem Schütteln das Radon vom Wasser in die Luft Übertritt und in die Messkammern des Alpha-Meters gedrückt werden kann.
Bei der Perlatormethode lösen vom unteren Teil eines Gefäßes aufsteigende Luftbläschen das Radon aus dem Wasser. Das entstandene Gas wird per Schlauchleitung in die Meßkammern gepumpt.
Anschließend wurde die Emanation des Erzes mit verschieden großer Oberfläche beschrieben, ausgewertet und beurteilt, um letztlich einen Vergleich vorzunehmen.
Sämtliche Tageswerte mit Schüttel- und Perlatormethode wurden nach deren Umrechnung von Impulse/min. in Bq/l in einem gemeinsamen Diagramm über der Zeit eintragen.
Es wurde deutlich, dass die gemessenen Tageswerte in der Regel dann höher sind, wenn sie mit der Schüttelmethode ermittelt wurden.
Von insgesamt 10 Messungen liegen nur vier Werte der Perlatormethode über denen der Schüttelmethode. Dies entspricht einem Anteil von 40 % aller Messungen. Es wird vom Verfasser die Vermutung angestellt, dass dies mit der Belüftungstechnik der Perlatormethode zusammenhängt (kanalartige Durchströmung, keine vollständige Durchwirbelung). Es kann nicht von einer vollständigen Durchmischung des Wassers in sich während der Luftdurchspülung ausgegangen werden, da die Luftblasen dafür auch hier in einem zu engen Strömungskanal nach oben steigen.
Die Existenz vergleichsweise hoher Werte durch die Schüttelmethode zeigen sich in den Mittelwerten. Während bei der Schüttelmethode Werte im Durchschnitt bei 37,88 Bq/l lagen, ergab der aufgrund der gewaltigen Schwankungen vermutlich fehlerhaft berechnete Mittelwert für die Perlatormethode den Wert 32.07 Bq/l. Dies entspricht einer Differenz von 5,81 Bq/l. Der Mittelwert liegt somit bei der Schüttelmethode um 5,81 Bq/l - also 18,12 % niedriger als gegenüber der Perlatormethode.
Der Vergleich der Bandbreiten bringt nachfolgende Ergebnisse:
Die Bandbreite für die Schüttelmethode liegt bei 12,5 Bq/l, die für die Perlatormethode bei 33 Bq/l. Es ergibt sich eine Differenz von 20,5 Bq/l.
Die Bandbreite liegt somit bei der Schüttelmethode um 62,12 % niedriger gegenüber der der Perlatormethode, auf die sich auch die Prozentwerte beziehen.
Der Gesamtvergleich der Radonemanation Einkorn - Stückerz (Kornverband) ergibt, dass bei Tagesmessungen beim Einkorn in 84,6 % der Fälle die Werte der Schüttelmethode über denen der Perlatormethode liegen, während es beim Stückerz "nur" 60 % sind. Das heißt, dass die "Schüttelwerte" in beiden Fällen immer höher sind als die Perlatorwerte, die Häufigkeit aber bei vergrößerter Oberfläche abnimmt.
In Bezug auf die Bandbreite um den Mittelwert herum konnte ermittelt werden, dass beim Einkorn die Bandbreite der Schüttelmethode um 43,8 % niedriger liegt als die Bandbreite der Perlatormethode.
Beim Stückerz sind es sogar 62,12 %, sodass geschlussfolgert werden kann, dass bei größerer Oberfläche sich der Bandbreitenunterschied zwischen Perlator- und Schüttelmethode vergrößert.
Insgesamt liegt der Mittelwert der Schüttelmethode beim Einkorn um 57 % höher als der der Perlatormethode, während diese Differenz im Falle der Stückerzes nur mit 18 % gegeben ist. Also scheint sich der Abstand der Mittelwerte zwischen Schüttel- und Perlatormethode mit sich vergrößernder Oberfläche zu verringern.
Dabei muss man jedoch beachten, dass die Unterschiede in der Bandbreite auf über 60 % steigen, was die Ermittlung eines Mittelwertes für die Perlatormethode kaum noch zulässt.
Bei vergleichender Betrachtung der beiden Kornfraktionen - Einkorn und Stückerz - treten in Bezug auf die betrachteten Meßmethoden folgende Probleme auf:
Betrachtet man nun ausschließlich die Kurvenverläufe der Schüttelmethode, so ist festzustellen, dass nach der Aufbauphase von drei Tagen kein absoluter Wert der Stückerzemanationsrate über einem der Rate des Einkorns liegt.
Die Bandbreite der Einkornkurve liegt mit 19,5 Bq/l um 7,1 Bq/l höher als die der Stückerzkurve, die einen Wert von 12,5 Bq/l aufweist. Die Stückerzkurve liegt somit in der Bandbreite um 36,4 % niedriger als die Einkornkurve.
Schließlich liegt der Verlauf der Stückerzkurve im Mittelwert ab dem 3. Messtag um 15 Bq/l über dem der Einkornkurve. Dies entspricht einer Erhöhung der Emanationsrate um 41 % in Bezug auf die Einkornrate. Die Oberfläche vergrößert sich hingegen von 0,28 m2/kg auf 4,62 m2/kg, was einer prozentualen Steigerung von 1650 % entspricht. (4,62 Bq/l).
Die Emanation des Stückerzes lag um 15 Bq/l höher als die des Einkorns.
Bei einer Oberfläche von 0,28 m2/kg war bei dem Einkorn mit der Schüttelmethode ein Kurvenverlauf der Emanationsrate mit einem Mittelwert von 22,71 Bq/l aufzeigbar. Die Perlatormethode lieferte wie auch bei der Betrachtung der Stückerzemanation stark schwankende Werte, so dass keine Kurve zu erkennen war.
Die Oberfläche der Stückerzes wurde nach der Zerkleinerung mit 4,62 m2/kg berechnet, der Mittelwert der Emanation des Stückerzes lag bei 37,88 Bq/l.
Die Vergrößerung der Oberfläche um 1650 % hat somit im Ergebnis eine Steigerung der Radonemanation um 66,05 % zur Folge.
In welcher Form sich die Steigerungsrate fortsetzt, linear oder exponentiell, war nicht Gegenstand dieser Betrachtungen, sondern ist durch weiteres Aufbrechen und Mahlen des Erzes und den entsprechenden Messungen zu ermitteln. Dabei könnte auch im vorliegenden Fall einwirkende Fehler bei der Oberflächenspannung oder den Messungen durch größere Messhäufigkeiten geglättet werden.
Es wird allerdings die Vermutung angestellt, dass bei weiterer Aufmahlung und sich deshalb weiter vergrößernder Oberfläche die Emanationsrate um ein Vielfaches zunimmt. Somit könnte es sich bei den hier ermittelten Steigerungswerten nur um die erste Tendenz einer Entwicklung handeln, die sich nach weiterem Aufmahlen (Oberflächenvergrößerung) des Erzes vermutlich wesentlich verstärkend auswirkt. Diese Vermutung entspricht auch den allgemeinen Erfahrungswerten der Aufbereitungstechnik.
Obwohl der Aussage der vorliegenden Ausarbeitung Messungen an zwei Kornfraktionen zugrunde liegen, können darauf basierend folgende Empfehlungen für z.B. den untertägigen Uranerzbergbau, der bei der Grubenbewetterung häufig mit Problemen im Zusammenhang mit Radonemanation konfrontiert wird, ausgesprochen werden:
Dies können jedoch nur erste Empfehlungen sein. Detaillierte und fundierte Maßnahmen sind erst nach einer weiteren Bearbeitung dieses Themenkomplexes mit tiefergehenden Erkenntnissen möglich.
Berlin, 29. August 1994
Download:
Zusammenfassung der Studienarbeit als *.pdf-Datei (50 KB)
Letzte Aktualisierung: 22.06.2012
URL: [an error occurred while processing this directive]http://www.diplomgeologe.de/studium/studienarbeit.shtml