Medida de radón disuelto en Medida de radón disuelto en aguas de manantiales, pozos y aguas de manantiales, pozos y

fuentes de Extremadurafuentes de Extremadura M. Galán López, A. Martín Sánchez y V. Gómez Escobar

Dpto. de Física, Universidad de Extremadura

Objetivos:

- Analizar las concentraciones de radón disuelto en aguas subterráneas que emergen en fuentes, pozos, manantiales y balnearios.

- Empleo del radón como indicador de la presencia de otros radionulceidos naturales en el agua.

- Estudiar posibles correlaciones de las concentraciones de radón con:- variables físicas del agua (pH, temperatura)

- grado de extinción de la muestra (parámetro SQP(E))- materiales del acuífero- presencia de otros radionucleidos (U, Ra) en el agua

- Estimación de la contribución a la dosis por inhalación del radón que emana del agua en el punto de recogida y por ingestión del radón disuelto.

Rn

Elemento natural radiactivo, emisor

222

3 isótopos: 222Rn, 220Rn (torón) y 219Rn(actinón)

Características radiactivasCaracterísticas radiactivas

Descendiente del 238U

Más pesado de los gases nobles

Características químicasCaracterísticas químicas

Soluble en compuestos orgánicos y en agua

222Rn 218Po 214Po

(6,00 MeV)

3,11 min

(5, 49 MeV)

3,82 d

(6,00 MeV)

3,11 min

...

206Pb...

Introducción

Radionúclido Energía MeV)

Distancia en tejido (m)

222Rn 5,49 41

218Po 6,00 48

214Po 7,69 71

Alto riesgo de daño en las células por la acción de las partículas

Riesgos para la salud

Inhalación: mayor probabilidad de desarrollar cáncer de pulmónIngestión: mayor probabilidad de desarrollar cáncer de estómago

Órgano Espesor pared

Pulmón [5 – 110] m

Aparato digestivo [3 – 20] mm

Pared celular [5-10] m

aerosol222Rn

222Rn

¿Por qué radón?

Procedimiento de medida

Ventajas para espectrometría : Geometría 4 Eficiencias de recuento cercanas al 100% Preparación de muestras muy simple y rápida Poco volumen de muestra

Técnica de medida: Centelleo líquido

Elementos: Equipo de medida: Quantulus 1220TM (Wallac Oy) 2 tipos de cócteles:

• RADONS® (Etrac Lab. Inc)• RADONEX (fabricación propia)

Viales: polietileno de 22 mL (Packard) Patrones de calibración: disolución de 226Ra (CIEMAT)

Características del procedimiento: Tiempo de medida: 200 minutos Volumen de muestra: 10 mL Volumen de cóctel: 10 mL

Cóctel de centello PSA Eficiencia (%) MDA (Bq L-1)

RADONS 115 88 4 0.13

RADONEX 85 71 3 0.39

222Rn218Po

214Po

Características del método

Procesado de gran cantidad de muestras

CÓCTEL

AGUA

Facilidad y rapidez en la preparación

Muestreo “in situ”

MDA = 0.1 BqL-1 Eficiencia > 80 %

Fondo = 0.11 0.02 cpmTiempo de recuento = 200 min

Volumen = 10 mL

Rendimiento del proceso

Instrumentación

Apantallamientos activo y pasivo

Espectrómetro

Quantulus 1220TM

Dos analizadores multicanal programables

Analizador de altura de pulsos (PSA)

Calibración y puesta a puntoElección del PSA

PSA = 115

Calibración y puesta a puntoElección del tipo de vial

Mejor resolución con los viales de polietileno

Calibración y puesta apuntoRelación cóctel/muestra

MDA = 0.13 BqL-1 Eficiencia > 80 %

Fondo = 0.26 0.03 cpmTiempo de recuento = 200 min

Volumen = 10 mL

Rendimiento del proceso

Mejor relación: 10/10 mL

Calibración y puesta a punto

Difusión del radón a través del vial

Periodo de semidesintegración experimental: 3.72 0.11 days Teórico: 3.825 0.004 days (Browne,1986)

La difusión del radon a través del vial, si la hay, es despreciable.

Calibración y puesta a punto

Extinción

Calibración y puesta a punto

Interferencias con otros radionúclidos

Calibración y puesta a punto

Validación

Leyenda puntos de muestreo:

fuentes

pozos

manantiales

Aplicación

Ficha de muestras

Cálculos de las concentraciones de actividad de 222Rn

)(1 12

*60*)(

ttfondomedida eV

CPMCPMBqLA

2/1

VfondocpmA VfondoCPM

A

CPMmedida = cuentas por minuto de la muestra en la ventana de recuentoCPMfondo = cuentas por minuto del fondo en la venta de recuento = constante de desintegración del radón t1 = recogida de la muestrat2 = final de la medidaV = volumen de muestra (10 mL) = eficiencia total

T

NCPM

T

fondofondo

- Representación de las concentraciones de actividad de todas las muestras

- Representación de rangos de actividad del total de las muestras- Representación de histogramas por modo de afloramiento (fuentes,

pozos, manantiales y balnearios)

Comportamiento de tipo lognormal

Estudio estadístico de los datos

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1 15 29 43 57 71 85 99 113

127

141

155

169

183

197

211

225

239

253

267

281

295

Nº muestra

Con

cent

raci

ón R

n (B

q/L)

Rango de valores: [0,2 – 1200] BqL-1

Concentraciones de actividadde todas las muestras analizadas

Histogramas de concentración de actividad

< M

DA

[MD

A-2

5] 0

5

10

15

20

25

30

35

Porc

enta

je m

ues

tras

(%)

Rangos (Bq/L)

[25-

50

]

[50-1

00

]

[10

0-1

50

]

[15

0-2

00

]

[20

0-2

50

]

[25

0-3

00

]

[30

0-3

50

]

[35

0-4

00

]

[40

0-4

50

]

[45

0-5

00

]

>5

00

<M

DA 0

10

20

30

40

50

60

Porc

enta

je m

ues

tras

(%)

Rangos (Bq/L)

[MD

A-2

5]

[25-

50

]

[50-

10

0]

[10

0-1

50

]

[15

0-2

00

]

[20

0-2

50

]

[25

0-3

00

]

[30

0-3

50

]

[35

0-4

00

]

[40

0-4

50

]

[45

0-5

00

]

>5

00

<M

DA

[MD

A-2

5]

0

5

10

15

20

25

30

35

Por

cent

aje

mue

stra

s (%

)

Rangos (Bq/L) [2

5-50

]

[50-

100]

[100

-150

]

[150

-200

]

[200

-250

]

[250

-300

]

[300

-350

]

[350

-400

]

[400

-450

]

[450

-500

]

>50

0

<M

DA

[MD

A-2

5]

0

10

20

30

40 P

orce

ntaj

e de

mue

stra

s (%

)

Rangos (Bq/L)

[25-5

0]

[50-1

00]

[100-1

50]

[150-2

00]

[200-2

50]

[250-3

00]

[300-3

50]

[350-4

00]

[400-4

50]

[450-5

00]

>500

Todas las muestras

Media aritmética: 98 Bq L-1

Media geométrica: 30 Bq L-1

Media aritmética: 105 Bq L-1

Media geométrica: 37 Bq L-1

Fuentes

Pozos Manantiales y balnearios

Media aritmética: 71 Bq L-1

Media geométrica: 15 Bq L-1

rocas metamórficas

granitos

pizarras

cuarcitas

material detrítico

areniscas

Leyenda hidrogeológica:

Leyenda puntos de muestreo:

fuentes

pozos

manantiales

Estudio Hidrogeológico

[0-25] Bq / L

[50-100] Bq / L

[150-200] Bq / L

[250-300] Bq / L

[350-400] Bq / L

[450-500] Bq / L

Granit

os

Cuarci

tas

R. Meta

mor.

Arenis

cas

Pizarra

s

M. Detr

ítico

0

5

10

15

20

25

30

35

40

EURATOM

Se reproduce el comportamiento de tipo lognormal

> 33 %

Estimación de la dosis

b) Dosis por ingestión

Inconvenientes:- Muy pocos modelos propuestos en la bibliografía- No existen, internacionalmente, factores de conversión aceptados para la dosis efectiva compormetida

- UNSCEAR, 93 10-8 Sv Bq-1

- NRC, 98 0.3810-8 Sv Bq -1

11181

222

1 3652)(1038.0)()( daLdSvBqBqLCSvaHRne

a) Dosis por inhalación

Suposiciones:

- La deposición del 222Rn y sus hijos de corta vida se producen en la zona bronquial- Se produce irradiación del tejido del pulmón (células basales)- Rango de recorrido de las partículas en tejido es aproximadamente de 50 m - Las paredes del pulmón tienen un espesor desde la viscosa hasta las células basales de 15 a 110 m - El espesor de las células basales es de 5 a 10 m

Método propuesto por CRAWFORD-BROWN y COTHERN (87) posteriormente modificado por BARNETT y McKLVEEN (92)

)(101.1)()( 11211 amSvLBqBqLCmSvaD Rn

Tipo de muestra Rangos de concentración (Bq L-1)

Rango de dosis por inhalación (mSv a-1)

Rango de dosis efectiva comprometida (mSv a-1)

Fuentes [0,2 – 555] [210-3 - 6,1] [5 10-4 - 1,5]

Pozos [0,2-1200] [2 10-3 - 13] [4 10-4 - 3,3]

Manantiales [0,3 -553] [3 10-3 - 6,9] [8 10-4 - 1,5]

Balnearios [11 - 465] [0,1 - 5,1] [3 10-2 –1,3]

Dosis media en España: 3,5 m Sv a-1

34%

2,90%13,60%10,10%

8,70%

0,30%30,40%

Radón y descendientes

Torón y descendientes

Radiación externa

Rayos cósmicos

Radiación interna

(rayos del 40K)Usos médicos

Otros (residuos nucleares, lluvia...)

Fuente, CSN

Conclusiones

Procedimiento de medida rápido y sin preparación de muestras tediosa.

Aplicación satisfactoria del método a muestras ambientales, todas las concentraciones son superiores a la MDA. Rangos de concentración entre 0.2 Bq L-1 y 1200Bq L-1

La continuación de la investigación permitirá la obtención de un mapa de riesgo para el 222Rn en Extremadura que podrá ser comparado con el Mapa de Radiación Natural en la región.

El cálculo de las concentraciones de actividad de las muestras analizadas revela un comportamiento de tipo lognormal. Se reproduce en el tipo de afloramiento.

El análisis de otros radionúclidos disueltos en el agua de puntos de muestreo con concentraciones superiores a los 500 Bq L-1 se están analizando en este momento.

El estudio hidrogeológico reveló una fuerte correlación con el tipo de material del acuífero. Granitos > Cuarcitas > R. Metamórficas > Areniscas > Pizarras > Material Detrítico

Agradecimientos:

- Consejo de Seguridad Nuclear, proyecto (SRA/646/2003/640.00)