Estudio del comportamiento del gas radón (222Rn) en los procesos de transferencia en agua y en aire

Abstract

[ES] El radón (222Rn) es un gas radiactivo, de origen natural, generado a partir de la desintegración radiactiva del radio (226Ra). Clasificado como elemento cancerígeno por la Organización Mundial de la Salud, es la segunda causa de cáncer de pulmón en la población. La elevada peligrosidad de este gas ha fomentado e impulsado numerosos estudios y análisis dentro del ámbito de la protección radiológica. En este contexto de avance y mejora tecnológica y dada la necesidad de estudiar el comportamiento físico del gas radón, se plantea el objetivo principal de esta investigación. La presente Tesis Doctoral se basa en un análisis del comportamiento difusivo del gas radón durante su acumulación en aire y en procesos de transferencia en los que coexisten agua y aire. En primer lugar, se describe un estudio de caso real, basado en mediciones de campo que suponen el punto de partida de la tesis y que han promovido el desarrollo de la metodología necesaria para poder implementar los ensayos a escala laboratorio. Se han llevado a cabo diferentes procedimientos experimentales que permiten monitorizar la evolución de la concentración de radón en el tiempo. Por un lado, se analiza únicamente en aire, cuando el gas se acumula en el interior de depósitos de diferentes volúmenes, y por otro, se estudia la transferencia del radón del agua al aire durante los procesos de acumulación y decaimiento, tanto en condiciones de agua en estado estático como en agitación. A partir de los resultados obtenidos de concentración de radón en aire, se determina la concentración máxima alcanzable y la tasa de emisión generada por cada fuente muestreada. Por último, el tratamiento de datos de los resultados experimentales de transferencia de radón en los ensayos agua-aire, han requerido el desarrollo de modelos dinámicos que reproducen el comportamiento del gas en las diferentes condiciones ensayadas. Esto ha permitido determinar parámetros característicos del proceso difusivo del gas radón como el coeficiente de velocidad de transferencia del gas de un medio a otro y la tasa de emanación del medio acuoso. Se han validado estos resultados mediante la comparación de las concentraciones de radón en agua y en aire estimadas a partir del modelo analítico para las diferentes condiciones ensayadas, con los valores experimentales correspondientes. El ajuste preciso de estos modelos dinámicos permite predecir las concentraciones de radón en otras condiciones de ensayo.

[CA] El radó (222Rn) és un gas radioactiu, d'origen natural, generat a partir de la desintegració radioactiva del radi (226Ra). Classificat com a element cancerigen per la Organització Mundial de la Salut, és la segona causa de càncer de pulmó en la població. L'elevada perillositat d'aquest gas ha promogut i impulsat nombrosos estudis i anàlisi en l'àmbit de la protecció radiològica. En aquest context d'avanç i millora tecnològica i degut a la necessitat d'estudiar el comportament físic del gas radó, es planteja l'objectiu principal d'aquesta investigació. Aquesta Tesis Doctoral es basa en una anàlisi del comportament difusiu del gas radó durant la seua acumulació en aire i en processos de transferència en els que estan en contacte agua i aire. En primer lloc, es descriu un estudi de cas real, basat en mesures de camp que suposa el punt de partida i que han permés el desenvolupament de la metodologia necessària per poder implementar els estudis a escala laboratori. S'han dut a terme diversos procediments experimentals que permeten monitoritzar l'evolució de la concentració de radó en funció del temps. Per una banda, s'analitzen els nivells únicament en aire, quan el gas s'acumula en l'interior de depòsits de diferents volums i per altra, per estudiar la transferència de radó de l'aigua a l'aire, tant en processos d'acumulació com de decaïment, quan l'aigua es troba en estat estàtic i en agitació. A partir dels resultats experimentals obtinguts de concentració de radó en aire, es determina la concentració màxima, i la taxa d'emissió generada per cada font mostrejada. Per últim, el tractament de les dades de de transferència de radó en els assaigs agua-aire, requereixen del desenvolupament de models dinàmics que reprodueixen el comportament del gas en les diferents condicions. Açò ha permés determinar paràmetres característics del procés difusiu del gas d'un medi a altre així com la taxa d'emanació de l'aigua. S'han validat els resultats mitjançant la comparació de les concentracions de radó en aigua i en aire, estimades a partir del model analític, amb els valors experimentals del laboratori. L'ajust precís d'aquests models dinàmics permet predir les concentracions de radó en altres condicions de mostreig.

[EN] Radon (222Rn) is a naturally occurring radioactive gas generated from radium (226Ra) decay. Classified as a carcinogen by the World Health Organization, it is the second cause of lung cancer. The hazardous nature of this gas has encouraged numerous studies and investigations within the field of radiological protection. In hits context of technological progress and improvement, according to the importance of studying radon physical behavior, the main goal of this research is proposed. This PhD thesis provides an analysis of the diffusive behavior of radon gas during its accumulation in air and in transfer processes in which water and air coexist. First, a real study case is described, based on field measurements which are the starting point of the thesis and has driven the development of the methodology to be able to implement the tests at laboratory scale. Different experimental procedures have been carried out to evaluate the radon concentration. On the one hand, it is analyzed only in air, when the gas accumulates inside tanks of different volumes and, on the other hand, the radon transfer from water to air, during accumulation and decay processes are studied, both in conditions of water in static state and in turbulence. From the results obtained for radon concentration in air, the maximum achievable concentration and the emission rate generated by each sampled source is determined. Finally, the data processing of the experimental results of radon transfer in the water-air tests has required the development of dynamic models that reproduce the gas behavior in the different conditions tested. It has been determined characteristic parameters of the diffusive process of radon gas, such as the gas transfer rate coefficient from one medium to another and the emanation rate from water to air. These results have been validated by comparing the radon concentrations in water and air, estimated from the analytical model for the different conditions tested, with the corresponding experimental values. Accurate fitting of these dynamic models allows prediction of radon concentrations under other test conditions.