Измерение содержания радона в доме и кое-что еще
Про газ радон с атомным номером 86 из таблицы Дмитрия Ивановича Менделеева написано много и по-разному. Одни пишут, что радон, скапливаясь в подвалах и прочих жилых помещениях, якобы оказывает ужасное воздействие на организм человека, приводя к страшным заболеваниям. Другие пишут, что радоновые ванны способствуют восстановлению и стимулированию всех систем организма. Одни пишут, что радон выделяется не только из земли, но также из кирпича, песка и бетона, из которых строят дома, что значительно сокращает жизнь человека. Другие пишут, что горцы, находящиеся в условиях, когда содержание радона по естественным причинам на порядки превышает обычный уровень, живут в среднем в полтора раза дольше степных собратьев.
Не являясь экспертом в этой области, не могу принять какую-то одну сторону или точку зрения. Но мне стало любопытно. Ведь я живу в частном доме с подвалом, в котором размещены гараж, мастерская, котельная и щитовая. И, бывает, нахожусь в этих помещениях часто и подолгу. Кроме того, судя по картам, составленными уфологами, конспирологами и прочими профессорами алхимии, я нахожусь в неблагоприятной зоне по части радонового фона. Так вот для того, чтобы удовлетворить свое любопытство, я приобрел отечественный прибор Radex MR107. В документации сказано, что «прибор предназначен для оценки эквивалентной равновесной объёмной активности (ЭРОА) Rn-222 (радона) и дочерних продуктов изотопов радона по величине объёмной активности (ОА) радона в воздухе жилых и общественных помещений». Много датчиков я использую дома, но такого в моей коллекции еще не было. Получил, распаковал, притащил в подвал, включил, измерил. И что же?
Прибор Radex MR107 для мониторинга содержания радона в воздухе
Radex MR107 умеет измерять 3 параметра окружающего воздуха. Температуру, влажность и содержание радона. Температура и влажность, разумеется, отображаются моментально, а для измерения содержания радона требуется время. При первом включении требуется 4 часа. Далее показания обновляются каждый час. Этот временной отрезок называется экспозицией. Сенсор в течение часа регистрирует «распад» частиц, а дальше по заложенному алгоритму оценивает уровень в специальных единицах Бк/м3 (беккерелях на куб воздуха).
Прибор может отображать полученные значения на дисплее, который до боли напоминает известный нам SSD1306, а также сохранять их в памяти для последующей передачи на ПК. Для считывания данных из прибора производитель предоставляет программу Radex Data Center для ОС Windows, с помощью которой можно вручную, нажав кнопку, загрузить сохраненные в память прибора значения и отобразить их в виде таблицы или графика. Также программа позволяет делать минимальные настройки: управление звуковой индикацией, выбор отображаемой на дисплее информации. На этом все. А если я хочу интегрировать этот чудесный девайс в общую систему Умного Дома? А если я хочу смотреть графики на домашнем сайте с телефона и планшета? А если я хочу получать уведомления по электронной почте или SMS о превышении безопасного уровня радона? А если я хочу управлять вентиляцией по показаниям данного прибора? Нет, нет и нет.
Radex Data Center. ПО для MS Windows
Или да? Или да, если на компьютере установлен Serial Port Monitor и есть пара часов свободного времени. Мне не нужно было считывать сохраненные в памяти значения. Достаточно получать текущие значения. К Linux прибор Radex MR107 подключить просто. В системе он определяется так.
Никаких дополнительных драйверов не требуется. В системе появляется устройство /dev/ttyACM0, с которым можно работать, как с любым serial-портом. Скорость 9600 бод.
С помощью Serial Port Monitor я выяснил, что текущие значения прибор отдает, если в порт отправить команду вида
Radex Data Center при каждом запросе меняет значение некоторых полей (счетчиков). Но даже если не менять этот запрос вовсе, а отправлять в порт одну и ту же последовательность, прибор бодро отдает текущие значения.
Путем наблюдений я выяснил, что меняются поля, которые подчеркнуты на картинке. Во втором ряду 3 группы (по 4 байта каждая) и в третьем ряду 2 группы (4 байта и 2 байта).
Оказалось, что все значения кодируются с помощью IEEE754, стандарта двоичной арифметики с плавающей точкой с одинарной точностью (32 бита).
Первая группа — содержание радона. Вторая группа — температура. Третья — влажность. Во втором ряду содержится максимальный зафиксированный уровень содержания радона. А зеленым выделен 16-битный счетчик до конца экспозиции.
Потребовалось всего пара минут, чтобы накидать простенький скрипт на python’е для считывания текущих данных.
Результат работы скрипта.
Немного забавно, что значение, скажем, «157.98» прибор отображает на дисплее как «157». Округление не производится. И для температуры с влажностью тоже.
Ну и, конечно, не составило большого труда записывать значения в БД и выводить график на домашнем Web-сервере, доступном с любого мобильного устройства и из Интернета (с паролем, конечно).
График изменения содержания радона в моем подвале
Несколько наблюдений.
Будучи размещенным в подвале, прибор фиксирует радон. Как видно на графике, его концентрация достигала 160 Бк/м3. Ничего критичного в этом нет. Вроде бы СанПиН допускает ЭРОА в пределах 200 Бк/м3 в уже эксплуатируемых зданиях. Для новых зданий якобы ЭРОА не должна превышать 100 Бк/м3. Насколько я понял в мировой практике уровни до 300 Бк/м3 считаются относительно безопасными.
График показывает содержание радона в щитовой (серверной). Это самая закрытая и непроветриваемая часть подвала. Интересно, что значение менялось от 160 до 60 Бк/м3. При этом никакого проветривания не осуществлялось. Возможно, если прибор не врет, выделение радона из земли также носит волнообразный и непостоянный характер. Возможно, этот процесс связан с погодой или сменой времен года. Буду наблюдать.
В жилых комнатах 1-го и 2-го этажа максимальное содержание радона составило 65 Бк/м3. При среднем показателе менее 30 Бк/м3. Иными словами, можно спать спокойно.
Уже когда я написал и запустил скрипт, я связался с представителем фирмы производителя («Кварта-Рад») и сообщил, что я планирую использовать прибор в режиме постоянного сбора данных, что для этого планирую написать свое собственное ПО. Я спрашивал, допустим ли длительный режим работы, и могут ли разработчики предоставить более подробное описание протокола, чтобы сделать работу скрипта более корректной с точки зрения функционирования устройства. Я сразу же получил ответ, что постоянный режим работы допустим. А насчет протокола представитель фирмы обещал обсудить этот вопрос с коллегами. Возможно, моя статья подтолкнет сотрудников из «Кварта-Рад» к разработке средств для полноценной интеграции с внешними системами.
Update (26.06.2019)
В течение месяца производилось непрерывное считывание данных с прибора. И вот результаты.
Содержание радона в моем подвале менялось от 30 Бк/м3 до 300 Бк/м3 (что вообще-то уже многовато). Причем никакого проветривания не проводилось. При 300 Бк/м3 прибор пищал, регистрируя распад частиц, каждые 30-50 секунд. Признаться, это действовало на нервы. С чем связаны столь резкие колебания содержания радона я пока вывить не смог. Корреляции с погодными условиями, скоростью ветра, осадками установить на данный момент не удалось. Возможно, такой зависимости и нет. Наблюдаю дальше.
Update: 29.09.2019
Все же заметил определенную закономерность. Как правило, содержание радона в подвале увеличивается после сильных ливней или продолжительных дождей. Нашел подтверждение этому в Википедии: «Концентрация радона в воздухе зависит, в первую очередь, от геологической обстановки (так, граниты, в которых много урана, являются активными источниками радона, в то же время над поверхностью морей радона мало), а также от погоды (во время дождя микротрещины, по которым радон поступает из почвы, заполняются водой)«. Получается радон, который в сухую погоду свободно выходил из грунта вокруг дома, во время дождей охотнее проникает в подвальные помещения. Еще одно наблюдение. Содержание радона в подвале снижается при сильном ветре. Этому, видимо, способствует и более активное проникновение наружнего воздуха внутрь помещения (эффект естественной вентиляции) и за счет разницы в давлениях более интенсивное удаление радона из грунта вокруг дома. В полный штиль, который длится несколько дней, показания прибора напротив, как правило, растут. Радиактивный газ при таких условиях имеет тенденцию скапливаться в подвале.
Кстати, по современным стандартам, принятым в развитых странах мира, содержание радона свыше 100 Бк/м3 считается нежелательным, а свыше 300 Бк/м3 — не то чтобы опасным, но крайне нежелательным и уже требующим мер по снижению концентрации. Ведь за пределами дома средняя концентрация обычно не превышает 10 Бк/м3. Некоторые исследователи отмечают, что для современного строительства эта тема особенно актуальна в связи с высокой теплоэффективностью и герметичностью домов и сооружений. Старые дома менее герметичны, а значит в этом смысле более безопасны. 8 сентября 2019 мой прибор, установленный в подвале, зафиксировал 340 Бк/м3, что пока является максимальным значением за всю историю наблюдений. Планирую ряд экспериментов с приточно-вытяжной вентиляцией.
Автор: Andrey_B
Любое использование материалов сайта возможно только с разрешения автора и с обязательным указанием источника.
Добавить комментарий:
Сортировка комментариев: Последние сверху | Первые сверху
2020-11-30 21:33:35 | Эдвард
Хотел реверснуть протокол обмена, а тут готовое решение. Спасибо огромное. Прибор разбирал, собран на стмке, датчик — pin диод, окруженный высоковольтным электродом и все закрыто металлическим экраном. Жалко нельзя фотки сюда добавлять. С динамикой показаний такая же картина. У меня модель с плюсом, другое расположение воздухозаборов.
2020-11-25 14:17:57 | Andrey_B
Андрей, ну у меня «серверная» в подвале, поэтому прибор непосредственно подключен к серверу через USB. Но если сервер далеко, можно поставить любой мини-ПК типа Raspberry Pi и собирать данные через него.
Другое дело — сами показания. Чрезвычайно интересно. Иногда уровень радона подолгу, неделями держится на минимальном уровне, ниже чувствительности прибора, а иногда просто зашкаливает, доходя до 400 Бк/м3 и выше. Какие-то зависимости определенно есть, но их очень тяжело проследить.
Пока сделал глобальный вывод один. Если показания приборы верны, то выделение радона из недр происходит _очень_ неравномерно, нелинейно, всплесками. Вот прямо сейчас прибор фиксирует 230 Бк/м3, а еще сутки назад было 60 Бк/м3.
2020-11-24 21:36:35 | Андрей
Интересная тема! Не планируете более детально ее разобрать? Я только начинаю во всем этом разбираться и как раз собирался купить RADEX MR107. Очень бы хотелось его интегрировать в Home Assistant, но пока не представляю, как это можно сделать. В первую очередь интересует, как организовать сбор и передачу данных с устройства, которое находится в подвале? Было бы очень интересно узнать, как вы это реализовали.
2019-05-16 19:39:15 | Andrey_B
Сергей, не знаю, не разбирал. Можно задать вопрос производителю. Но розничные цены на _новые_ датчики, которые используются в подобных изделиях, обычно весьма высокие. Это не самые простые сенсоры.
2019-05-16 02:05:21 | Сергей
Можно этот прибор показать в разрезе ? Или хотя-бы что за датчик там установлен.
Источник
РАДОНОВАЯ ЛОВУШКА
Радон – это тяжелый инертный газ, который является продуктом распада многих радиоактивных элементов [1,2]. Все изотопы данного химического элемента также радиоактивны и имеют короткий период полураспада, самым стабильным является радон-222 с периодом полураспада 3,8 суток [3]. Многие вещества, в первую очередь, некоторые горные породы, содержат в качестве примеси небольшое количество радиоактивных элементов. Например, к таким породам относится гранит. В процессе распада этих радиоактивных веществ образуется, в том числе и радон.
В отличии от других радиоактивных химических элементов радон при нормальных условиях является газом, т.е. способен просачиваться по микротрещинам горных пород и строительных конструкций. Таким образом, он может скапливаться в плохо проветриваемых помещениях, особенно в подвалах и на нижних этажах зданий [4]. Претерпевая альфа-распад ядро радона испускает альфа-частицу и превращается в ядро одного из изотопов полония. Альфа-частица это полностью ионизированное (т.е. потерявшее все электроны) ядро атома гелия. Как всем известно, из курса ОБЖ альфа-излучение полностью задерживается листом бумаги или кожей человека, но радон газ, а значит, может легко проникнуть в легкие человека, облучая живые ткани. При этом биологическое действие альфа-частиц очень велико. Считается, что оно в двадцать раз опаснее, чем поток электронов (бета-излучение) или поток электромагнитных квантов с большой энергией (гамма-излучение). Таким образом, важно отслеживать уровень радона в помещении.
Впрочем, как правило, строительные конструкции выделяют радон в весьма незначительном количестве, гораздо более серьезным источником радона могут стать всевозможные приборы с нанесенной на шкалы и стрелки светомассой постоянного действия на основе радия-226 [5,6]. Такие приборы (часы, манометры, электроизмерительные приборы, тумблеры и т.п.) массово выпускались в середине XX века и вполне могут оказаться в «сокровищнице» запасливого радиолюбителя.
Одним из способов обнаружения радона является механическое осаждение взвешенных в воздухе пылинок, на которые собираются дочерние продукты распада (ДПР) радона. Так пыль, собранная пылесосом на обычный тканевой фильтр в первые 10-20 минут показывает заметное превышение над естественным радиационным фоном. Стоит заметить, что такой «источник радиации» полностью безопасен, так как обычно его активность крайне мала (обычно в 2-3 раза выше фоновых значений, если помещение где собирали пыль не заражено) и в течении получаса сходит на нет, так как почти все сконцентрированные на фильтре радиоактивные вещества за это время распадаются [7,8].
Другой способ основан на электростатическом осаждении ДПР радона [9]. Собственно конструкция радоновой ловушки описал Олег Айзон в видеоролике, выложенном на www.youtube.com (канал «Радиоактивные материалы») [10]. На данном канале подробнейшим образом рассмотрены различные опасные и сравнительно безопасные радиоактивные артефакты с которыми потенциально может столкнуться обычный человек. Автор этих строк повторил данную конструкцию без существенных изменений.
Внимание! Все элементы данного электронного устройства находятся под опасным для жизни напряжением, не прикасайтесь к работающему электроду ловушки, а также проследите, что бы работающее устройство было недоступно для людей и животных.
Принципиальная схема
Электрическая принципиальная схема устройства приведена на рисунке.
По сути это умножитель напряжения [11] с бестрансформаторным питанием от бытовой электросети. Все детали устройства, кроме выключателя и неоновой лампы, размещены на плате выполненной псевдопечатным монтажом. Ток, потребляемый устройством, составляет около 1,5 мА, то есть по сути это ток требуемый для работы неоновой лампы.
Плата помещается в подходящий корпус из диэлектрического материала, в данном случае это корпус от старого компрессора для аквариума.
В верхней части корпуса размещена клемма для подключения электрода, на который и будет происходить осаждение ДПР радона. Этот электрод можно изготовить из медной проволоки.
В другом варианте можно использовать прямоугольную рамку, согнутую из алюминиевой проволоки и обернутую пищевой фольгой.
Размеры электрода следует подбирать так, чтобы они немного превосходили размеры датчика, который установлен в дозиметрическом приборе, которым будет проводиться измерение. Опыт показал, что алюминиевый электрод несколько удобнее, он легче и не создает опасности опрокидывания устройства. Поиск ДПР радона надо проводить в помещении, которое длительное время (не менее суток) не проветривалось, в помещении не должно быть никаких сквозняков. Желательно закрыть дверь в помещение и оставить включенную ловушку на 6 часов.
Выждав положенное время, измеряем бытовым индикатором радиоактивности радиоактивность электрода.
В первый момент фиксируется незначительное повышение. Затем постепенный спад результатов.
Результаты измерений
Так как автор живет на 7 этаже в кирпичном доме, то ожидаемо уровень радона оказался невелик. В целом зафиксированное индикатором радиоактивности ничтожное увеличение показаний в первые несколько минут, может быть просто следствием истинно случайного характера процесса радиоактивного распада. При низких уровнях радиации количество событий фиксируемых счетчиком Гейгера за определенный временной интервал крайнем не велико. Поэтому показания прибора могут слегка отличаться не потому, что меняется уровень радиации, а просто потому, что в разные моменты времени, через объем детектора пролетает разное количество частиц.
Подведём итоги
В заключении следует отметить, что если вы обнаружили дома радиоактивный артефакт с очень высокой активностью (более единиц и десятков миллирентген), то естественно нужно незамедлительно вызывать МЧС. В случае слабо активных источников, т.е. источников фон от которых превышает природный в несколько десятков раз (таких будет абсолютное большинство), в радиофобию впадать не следует. Если радиоактивное вещество надежно связано (например, в толще стекла [12]) и не может разлететься радиоактивной пылью по помещению, а само его количество не велико (иначе бы уровень радиации был бы не сотни микрорентген, а гораздо выше), то в этой ситуации достаточно разместить предмет так, что бы контактировать с ним минимальное время.
Закон обратных квадратов никто не отменял, к тому же альфа-частицы и бета-частицы достаточно сильно теряют энергию, просто пролетая сквозь воздух. Потеряв свою энергию, альфа-частица перестанет чем-либо отличаться от любого другого ядра атома гелия, а бета-частица от электрона. К тому же если высокое дозы радиации, безусловно, опасны, то в отношении малых доз все не так однозначно и зачастую мы боимся, угрозы радиации, реальная опасность которой ничтожна в сравнении с теми бытовыми угрозами (например, курением), которые многие из нас полностью игнорируют 13.
Источники
- 1) https://ru.wikipedia.org/wiki/Радон
- 2) Энциклопедический словарь юного химика, под ред. Д. Н. Трифонова. 3-е изд, испр. и доп – М.: Педагогика-Пресс, 1999. 368 с.
- 3) https://ru.wikipedia.org/wiki/Изотопы_радона
- 4) Энциклопедия для детей. Личная безопасность / глав.ред. В.А.Володин – М.: Аванта+, 2001. – 448 с.
- 5) https://www.youtube.com/watch?v=lgLP84hDlgM&list=PLjrd8KXBP-AqJeVBtegeaSxRPdAMHZhQR&index=13
- 6) http://acdc.foxylab.com/node/12
- 7) https://www.youtube.com/watch?v=1wXXCmWNPT4&list=PLjrd8KXBP-AqJeVBtegeaSxRPdAMHZhQR&index=15
- 8) http://nepropadu.ru/blog/Sreda_obitania/9699.html
- 9) http://forum.rhbz.org/topic.php?forum=6&p=11&topic=14
- 10) https://www.youtube.com/watch?v=OvWoJO-kX5k&index=10&list=PLjrd8KXBP-AqJeVBtegeaSxRPdAMHZhQR
- 11) http://radioskot.ru/publ/nachinajushhim/umnozhiteli_naprjazhenija/5-1-0-553
- 12) https://www.youtube.com/watch?v=oGtfbQZD4uE&index=6&list=PLjrd8KXBP-Aohp0mEFUz21gh4nHuEddxu
- 13) http://nuclphys.sinp.msu.ru/ecology/public/index.html
- 14) Вакулка А. Неприступные элементы. Наука и жизнь № 8 2016. с. 12-19
- 15) https://www.youtube.com/watch?v=NR_vCqoBl18
- 16) Ричард Д. Миллер. Физика для будущих президентов – М.: Астрель: Полиграфиздат, 2011
Специально для Эл-схема.ру — Денис Лекомцев
Originally posted 2019-09-01 00:05:02. Republished by Blog Post Promoter
Источник