Ανάπτυξη και εφαρμογή τεχνικών προσδιορισμού φυσικών ραδιενεργών ισότοπων στο ατμοσφαιρικό αερόλυμα και τις ατμοσφαιρικές αποθέσεις
Authors: Μήτσιος Ιάσων 
Published: October 2023

Η Διδακτορική Διατριβή (Δ.Δ.) αυτή είχε ως αντικείμενο την ανάπτυξη και την εν συνεχεία εφαρμογή τεχνικών προσδιορισμού φυσικών ραδιενεργών ισοτόπων. Συγκεκριμένα, αποσκοπούσε στη διεύρυνση των δυνατοτήτων του ΕΠΤ-ΕΜΠ για την παρακολούθηση της ραδιενέργειας περιβάλλοντος – με έμφαση στην ατμόσφαιρα – και για τη μελέτη της κύμανσης σε αυτήν μίας σειράς ραδιενεργών ισοτόπων, τα οποία βρίσκουν ευρεία εφαρμογή ως ιχνηλάτες ατμοσφαιρικών διεργασιών. Στο πλαίσιο της Δ.Δ. έλαβαν χώρα:i.Ανάπτυξη και βελτίωση τεχνικών δειγματοληψίας, ραδιοχημικής επεξεργασίας και in-vitro γ-φασματοσκοπικής ανάλυσης υγρών (βροχή, χιόνι) ξηρών και ολικών (υγρών + ξηρών) ατμοσφαιρικών αποθέσεων, καθώς και ατμοσφαιρικής υγρασίας. Τα ισότοπα ενδιαφέροντος ήταν κυρίως το κοσμικής προέλευσης ισότοπο 7Be και ο γηγενής 210Pb, ο οποίος παράγεται κατά τη διάσπαση του ραδονίου της ατμόσφαιρας. Με στόχο τη βελτίωση της ακρίβειας των μετρήσεων και την επίτευξη χαμηλών επιπέδων ανίχνευσης, έγινε διερεύνηση της κύμανσης του ραδονίου και των βραχύβιων θυγατρικών του στο εργαστήριο γ-φασματοσκοπίας, καθώς και της επίδρασης που αυτή έχει κατά τη διαδικασία της μέτρησης. Ως αποτέλεσμα της μελέτης αυτής, έγιναν συγκεκριμένες προτάσεις για τον χειρισμό του υποστρώματος, αλλά και για τη γ-φασματοσκοπική ανάλυση δειγμάτων αερολύματος που συλλέγεται πάνω σε φίλτρο, με χρήση δειγματολήπτη αέρα υψηλής παροχής. Καθώς ο 210Pb που ανιχνεύεται στα δείγματα αερολύματος οφείλεται σε κάποιο βαθμό και στη διάσπαση των βραχύβιων θυγατρικών του ραδονίου τα οποία επίσης συλλέγονται πάνω στο φίλτρο, για τη βελτίωση της ακρίβειας των μετρήσεων, κρίθηκε απαραίτητο να μελετηθεί με ενδελέχεια και η συνεισφορά αυτών των βραχύβιων θυγατρικών στην τελική συγκέντρωση 210Pb στο φίλτρο. ii. Συστηματικές δειγματοληψίες και αναλύσεις υγρών, ξηρών και ολικών ατμοσφαιρικών αποθέσεων, καθώς και υγρασίας της ατμόσφαιρας, σε συνδυασμό με δειγματοληψίες αερολύματος στην ατμόσφαιρα και καταγραφή μετεωρολογικών και άλλων παραμέτρων. Ο όγκος των δεδομένων που προέκυψαν από τις μετρήσεις 7Be και 210Pb στην ατμόσφαιρα και τις ατμοσφαιρικές αποθέσεις επέτρεψε τη διαπίστωση σειράς στατιστικά σημαντικών συσχετίσεων και οδήγησε σε ενδιαφέροντα συμπεράσματα για την κινητική στην ατμόσφαιρα των ραδιενεργών ισοτόπων και κατά συνέπεια, του αερολύματος με το οποίο συνδέονται, και τη διαδικασία απόθεσης στο έδαφος. Τα συμπεράσματα αυτά είναι ιδιαίτερα χρήσιμα σε ατμοσφαιρικά μοντέλα κίνησης αερίων μαζών, καθώς και σε μοντέλα εκτίμησης της δοσιμετρικής επιβάρυνσης του πληθυσμού μετά από πυρηνικό ή ραδιολογικό ατύχημα.Τα βασικά επιτεύγματα της παρούσας Δ.Δ. μπορούν να συνοψιστούν στα εξής: i. Συσχέτιση της κύμανσης των υποστρωμάτων των ανιχνευτικών διατάξεων του ΕΠΤ ΕΜΠ με την κύμανση του ραδονίου και των θυγατρικών του στο εσωτερικό του εργαστηρίου και μελέτη της επίδρασης των μετεωρολογικών συνθηκών. Συναφώς, σύσταση κατευθυντήριων οδηγιών για την επιλογή υποστρώματος και σεναρίων δειγματοληψίας και ανάλυσης φίλτρων αέρα, με στόχο την επίτευξη όσο το δυνατόν χαμηλότερων επιπέδων ελάχιστης ανιχνεύσιμης ραδιενέργειας για τα 7Be, 210Pb και μία σειρά ραδιενεργών ισοτόπων που έχουν ενδιαφέρον σε περίπτωση ραδιολογικού ή πυρηνικού ατυχήματος . ii. Αναλυτική επίλυση των εξισώσεων που διέπουν την παραγωγή κατανάλωση των βραχύβιων θυγατρικών του ραδονίου που συλλέγονται κατά τη δειγματοληψία πάνω στο φίλτρο, από την έναρξη της δειγματοληψίας, έως και την ολοκλήρωση της in-vitro γ φασματοσκοπικής ανάλυσης, και ανάπτυξη μεθοδολογίας για την αντιμετώπιση του προβλήματος της ευαισθησίας που παρουσιάζεται κατά την επίλυση του συστήματος των παραπάνω εξισώσεων. Αυτό επέτρεψε την ακριβή εκτίμηση τόσο των βραχύβιων θυγατρικών του ραδονίου όσο και του 210Pb που συλλέγεται πάνω στο φίλτρο αέρα. iii. Ανάπτυξη συνολικής μεθοδολογίας για δειγματοληψία, επεξεργασία και γ-φασματοσκοπική ανάλυση δειγμάτων υγρών, ξηρών και ολικών ατμοσφαιρικών αποθέσεων και υγρασίας. iv. Πραγματοποίηση μεγάλου όγκου συστηματικών δειγματοληψιών και αναλύσεων ατμοσφαιρικών αποθέσεων, υγρασίας και συγκέντρωσης ραδιενεργών ισοτόπων στον αέρα, εκτίμηση του ρυθμού απόθεσης των ραδιενεργών ισοτόπων 7Be, 210Pb και 137Cs και συσχέτιση των ρυθμών απόθεσης του 7Be και του 210Pb με μετεωρολογικές παραμέτρους, με τις συγκεντρώσεις τυπικών ατμοσφαιρικών ρυπαντών, με το πλήθος των ηλιακών κηλίδων (μόνο για το 7Be) και με το ύψος της τροπόπαυσης. v. Προσδιορισμός του ετήσιου ρυθμού απόθεσης του 7Be και του 210Pb και της συσσωρευτικής επιφανειακής τους συγκέντρωσης ενεργότητας. Η Δ.Δ. είχε πρωτίστως πειραματικό χαρακτήρα, αλλά χρησιμοποιήθηκε σε έκταση και η τεχνική προσομοίωσης Monte-Carlo για τη βαθμονόμηση ανιχνευτικών διατάξεων για πλήθος γεωμετριών δείγματος. Για τον υπολογισμό συγκεντρώσεων ενεργότητας και των κατωτέρων επιπέδων ανίχνευσης για ραδιενεργά ισότοπα για όλες τις βασικές γεωμετρίες και υλικά δειγμάτων για τους ανιχνευτές του ΕΠΤ ΕΜΠ, κατασκευάσθηκε υπολογιστικό εργαλείο σε περιβάλλον Excel με δυνατότητες επέκτασης ή διαμόρφωσης για την εισαγωγή νέων συνδυασμών «γεωμετρίας δείγματος ανιχνευτή».