Нови високочувствителни ядрено-физични методи за определяне на ексхалацията на радон и торон и на динамиката и във времето

Резюме

Изследванията върху радон (²²²Rn) и торон (²²⁰Rn) са от ключово значение поради доказаната им канцерогенност и ролята им като индикатори за природни и антропогенни процеси. Радонът е втората водеща причина за белодробен рак след тютюнопушенето и първа сред непушачите. Европейските и българските норми ограничават средногодишната обемна активност на радон в жилища и работни места до референтно ниво не по-високо от 300 Bq/m³, като се изисква идентифициране на „радонови приоритетни зони“, в които нивата на радон в значителна част от сградите са над референтното. Измерванията на радон служат също за проследяване на атмосферни процеси, включително такива свързани с климатичните промени, откриване на източници на радон в жилища и околна среда и като потенциален предвестник на земетресения. Основният източник на радон и торон в сгради и околна среда е ексхалацията от почвата и строителните материали. Определянето на мощността на ексхалация (активността, която се отделя от единица повърхност за единица време) е важно за радиационната защита, картографиране на радонови приоритетни зони, изследвания свързани с климатичните промени и с възможности за сеизмично прогнозиране. Съществуващите методи до момента методи имат значителни недостатъци, водещи до систематични грешки достигащи 1–2 порядъка и невъзможност за непрекъснато измерване във времето.

С пионерски принос през 2024 г. е изобретена нова технология – градиентна камера с високочувствителни малки (включително < 1 cm) детектори, куплирани с високоефективни хидрофобни адсорбенти на радон. Камерата позволява създаването и изследването на дифузионен профил на вертикалното разпределение на радон и торон над изследвана повърхност, което позволява да се определи мощността на ексхалация. Използването на камерата не нарушава естествения профил на радон и торон в почвата и изследваните материали, като така преодолява недостатъците на традиционните методи. Технологията е подходяща за използване полеви условия и в сгради, за картографиране с високо пространствено разрешение на ексхалацията на радон и торон от терени и за непрекъснат мониторинг на нейната динамиката във времето.

Проектът цели разработване, калибриране, тестване и провеждане фундаментални научни изследвания с ново поколение средства за измерване на ексхалацията на радон и торон на база на изобретената градиентна камера. Това  включва версии с пасивни и активни детектори, включително активни спектрометрични версии за разделно регистриране на радон и торон, както и проследяване на динамиката на мощността на ексхалацията на радон и торон с времето. Ще се извършат лабораторни и полеви експерименти, измервания върху различни терени и строителни елементи (недеструктивно), както и оценка на влиянието на климатичните условия. Методологията е интердисциплинарна, като са застъпени физически науки (експериментална ядрена физика), технически науки (електроника) и науки за земята (геофизика, сеизмология, климатология и др.). Предложеният подход е в съответствие с националните и европейски научни приоритети: подобряване на качеството на живот, минимизиране на щети от природни бедствия, национална сигурност, развитие на нови материали и технологии.