Zachowanie się emiterów alfa w powietrzu

Zachowanie się emiterów alfa w powietrzu

Przekład z emaili (29.5 – 1.6.2011) Piotr Bein

Bolek z Australii zapytał w ub. tygodniu o dziwne zachowanie mierzonego przez niego promieniowania alfa: zanika, kiedy ustaje najmniejszy powiew wiatru. Bolek czytał gdzieś, że emitery alfa zawarte w pyle zachowują się podobnie jak w prętach paliwowych: nagrzewają się w procesie rozpadu. Spokojna pogoda pozwala im unieść się i dlatego nie ma odczytu na detektorze alfa. Poprosiliśmy naszych ekspertów, Dra Busby i Tedda Weymana, o komentarze.

Dr Chris Busby: Stwierdziłem, że pyłki emitujące alfa nabywają ładunku elektrycznego i pole elektrostatyczne Ziemi (150V/m) wznosi je w powietrze. Pole to zanika w dni deszczowe, ale nie rozumiem zachowania pyłów, jakie opisujesz. Ale jestem pewien, że to ma do czynienia z elektrostatycznym wznoszeniem.

Tedd Weyman: Potrzebuję więcej info, by zrozumieć warunki, w jakich promieniowanie alfa ustaje. W skali makro, jedynie w próżni nie ma ruchów powietrza. Aerozole i pyły w powietrzu nie podlegają grawitacji tylko prawom dynamiki płynów; jądra w pyle w powietrzu, emitujące alfa, unoszą się. Pyłki emitujące alfa są lżejsze od powietrza, więc grawitacja ich nie ściąga w dół. Zgodnie z odkryciem Lena Dietza (1993), pyłki ze zubożonego uranu podlegają prawu Boylesa dynamiki płynów i unoszą się w powietrzu w nieskończoność.

Rozpadów alfa nie można wykryć z odległości ponad paru cm. Jeśli powietrze jest idealnie bez ruchu, spada liczba pyłków-emiterów alfa, przechodzących koło okienka detektora. Więc względna częstotliwość detekcji (Bq) spadnie, w miarę jak uspokajają się ruchy unoszących się pyłków. Jednak osoba mierząca emisje powoduje znaczne ruchy powietrza, wzbudzając także pyłki w nim zawieszone. Pyłek niosący emiter alfa zachowuje się wg ruchów Browna i dynamiki płynów, więc kierunek ani sila wiatru nie wpływają w znaczny sposób na gęstość pyłu zawieszonego w powietrzu. Ruchy wiatru są tylko ważne w dużej skali – przenoszenie pióropusza aerozoli.

Jak zauważył Dr. Chris Busby [email 29.5.2011], ładunki elektrostatyczne działają na aerozole czy chmury pyłów. Aerozole zawierające emitery alfa także są naładowane elektrycznie i jako takie przyciągają i odpychają inne. Naładowane pyły wytrącają się z zawiesiny w powietrzu w warunkach wysokiej wilgotności: w deszczu, śniegu, nad zbiornikami wodnymi itp.

Tak więc kilka czynników może wpływać na ilość w powietrzu pyłów zawierających pierwiastki promieniotwórcze:

  • dyspersja i wyrównanie gęstości ruchami Browna (gęstość w atmosferze maleje z czasem z powodu rozrzedzania w ogromnej przestrzeni 3-wymiarowej);
  • koncentracja i dyspersja aerozoli z powodu przyciągania i odpychania jako ładunków elektrycznych;
  • wypłukiwanie powietrza przez deszcz i śnieg;
  • kinetyka rozpadu atomowego alfa porusza cząstki zawieszone w powietrzu;
  • dynamika płynu powodująca przemieszczanie chmur aerozolowych z ruchami mas powietrza;
  • wznoszenie konwekcyjne ciepłego powietrza wraz z pyłami (tj. aerozolami).

Spokojne powietrze np. w pokoju może zmniejszyć liczbę wykrytych rozpadów poprzez redukcję objętości masy zawierającej pyły i przepływającej koło detektora, ale gęstość brutto aerozoli ani ich tendencja do wyrównywania gęstości w przestrzeni nie zmieniają się z powodu grawitacji czy nagrzania pyłów.

Bolek Staniszewski: Jeśli dobrze zrozumiałem, to ruch wiatru zwiększa liczbę wykrytych rozpadów. Umieściłem detektor przed wentylatorem na szybkim biegu i zliczenia nie zmieniły się. Dlaczego?

Tedd Weyman: Wskazałem, że w pomiarach polowych, gdzie radionuklidy są zawieszone w płynie (powietrzu), rozchodzą się ruchami Browna i prawa Boylesa, a nie ruchami powietrza. Ale oczywiście większy przepływ powietrza niesie ze sobą swą zawartość. A więc działają wszystkie te czynniki. Jeśli, przypuśćmy, mierzyć rozpady w sztucznej próżni pozbawionej powietrza i jego ruchów, a zawieszone pyły byłyby równo rozproszone w całej objętości (sytuacja niemożliwa do wytworzenia), to mniej pyłów przechodziłoby koło okienka stacjonarnego licznika Geigera niż gdyby istniał jakiś ruch (“wiatr”) w takiej hipotetycznej próżni.

Nie prowadzisz ekperymentu w skażonym środowisku. Nie możesz też wytworzyć zupełnie stałego czy spokojnego warunku dla zawieszonych pyłów, jako sytuacji podstawowej, by zmierzyć różnicę między sytuacją z ruchem powietrza i bez. A to przez aerodynamikę pyłów zawieszonych w cieczy (powietrzu w tym przypadku). Np. w Iraku stwierdziliśmy, że ilość rozpadów zawieszonego pyłu uranowego zwiększała się w dni wietrzne w porównaniu ze spokojnymi. Wtedy większa objętość powietrza przechodzi koło detektora i oczywiście wiatr wznosi więcej pyłu z powierzchni terenu. W Port Hope w Kanadzie, gdzie rafinuje się i wzbogaca uran (poprzez mieszanie), ilość wykrytych rozpadów  rosla podczas burz deszczowych i śnieżyc.

By piotrbein

https://piotrbein.net/about-me-o-mnie/