Pro gradu –tutkielmassa perehdyttiin ilmanpuhdistimien kykyyn kerätä radioktiivisia aineita sisältäviä aerosolihiukkasia säteilyvaaratilanteessa

Jyväskylän yliopiston opiskelija Philson-Amanda Aden suoritti fysiikan pro gradu -tutkielmassaan esitutkimuksen siitä, miten kaupallisesti saatavilla olevia siirrettäviä ilmanpuhdistimia voitaisiin hyödyntää radioaktiivisia aineita sisältävien aerosolihiukkasten kerääjinä säteilyvaaratilanteissa sisälle suojauduttaessa.

Philson-Amanda Aden fysiikan laitokselta

Philson-Amanda Aden pro gradu -tutkielmassa tutkittiin siirrettävien kaupallisesti saatavilla olevien ilmanpuhdistimien kykyä kerätä radioaktiivisia aineita sisältäviä aerosolihiukkasia. Tutkielma tehtiin yhteistyössä Säteilyturvakeskuksen kanssa.

Julkaistu

28.12.2023

Hengityksen kautta kehoon kulkeutuvat radioaktiiviset aineet aiheuttavat sisäistä säteilyannosta. Säteilyvaaratilanteessa sisälle suojautuminen on yksi mahdollinen suojelutoimi, jolla pyritään vähentämään päästöpilven ylikulun aikana saatavaa sisäistä ja ulkoista säteilyannosta.

- Sisälle suojautumisen aikana suljetaan ja tiivistetään ilmanvaihto mahdollisimman hyvin. Tästä huolimatta radioaktiivisia aineita tihkuu sisäilmaan, selittää Philson-Amanda Aden Jyväskylän yliopiston fysiikan laitokselta. Halusin tutkielmassani tutkia, voisiko hengityksen kautta saatavaa sisäistä annosta vähentää ilmanpuhdistimien avulla ja tulisiko nykyistä ohjeistusta muuttaa sen pohjalta, jatkaa Aden.

Adenin pro gradu -tutkielmassa tutkittiin siirrettävien kaupallisesti saatavilla olevien ilmanpuhdistimien kykyä kerätä radioaktiivisia aineita sisältäviä aerosolihiukkasia.

Tutkielma tehtiin yhteistyössä Säteilyturvakeskuksen (STUK) kanssa, jossa Aden työskenteli lopputyöntekijänä. Tutkielman ohjaajina toimivat työelämäprofessori Kari PeräjärviSTUKista ja väitöskirjatutkija Ville Bogdanoff Jyväskylän yliopistosta.

Simuloitusäteilyvaaratilanneosanatutkielmaa

Tutkielma koostui sekä kirjallisesta että kokeellisesta osiosta. Kirjallisuuskatsaus käsitteli säteilyvaaratilanteissa syntyviä radioaktiivisia aineita sisältäviä aerosolihiukkasia ja niiden ominaisuuksia. Lisäksi tutustuttiin radonin ja sen hajoamistuotteiden ominaisuuksiin.

Kokeellisen osion koeasetelma rakennettiin Jyväskylän yliopiston fysiikan ja kemian laitoksen välissä olevaan putkitunneliin, josta tiivistettiin rakennusmuoveilla noin 63 kuutiometrin tila. Tilaan simuloitiin huoneilmaan tihkuvia radioaktiivisia aineita sisäilmassa luonnollisesti esiintyvällä radonilla ja sen hajoamistuotteilla.

Radon on jalokaasu ja sen hajoamistuotteet (vismutin, poloniumin ja lyijyn isotooppeja) esiintyvät kiinteinä huoneilmassa. Hajoamistuotteet muodostavat ilmassa nopeasti molekyyliryppäitä, joita kutsutaan kiinnittymättömiksi hajoamistuotteiksi. Nämä hajoamistuotteet voivat edelleen kiinnittyä ilman aerosolihiukkasiin, jolloin niitä kutsutaan kiinnittyneiksi hajoamistuotteiksi.

- Kiinnittyneillä hajoamistuotteilla voidaan arvioida varsin hyvin säteilyvaaratilanteessa vapautuvien vastaavan kokoluokan (0,1—1 mikrometriä) radioaktiivisia aineita sisältävien aerosolihiukkasten käyttäytymistä huoneilmassa, kertoo Aden. Vastaavasti radonilla voidaan arvioida, miten ilmanpuhdistimet vaikuttavat jalokaasujen käyttäytymiseen, ja kiinnittymättömillä hajoamistuotteilla voidaan simuloida ultrahienojen aerosolihiukkasten käyttäytymistä, hän jatkaa.

Mittauskampanjastamonipuolistatietoakoetilanolosuhteista

Kokeellisen osion mittaukset suoritettiin 45 tunnin mittauskampanjassa 22.-24.5.2023. Mittauslaitteistoon kuului radonmonitori, hajoamistuotemonitori ja gammaspektrometri, joilla mitattiin tilan radonpitoisuutta, hajoamistuotteiden pitoisuutta, ilmasto-olosuhteita sekä erään radonin hajoamistuotteen 214-Pb:n kertymistä ilmanpuhdistimiin.

Tutkittavia ilmanpuhdistimia oli kaksi, ilmanpuhdistin, jonka suodatus perustuu HEPA-suodattimeen (H13) ja toinen, joka on sähköstaattinen ilmanpuhdistin. Molemmissa ilmanpuhdistimissa oli myös aktiivihiilisuodatin esi- tai jälkisuodattimena.

Mittauksen aikana ensimmäisenä päivänä ilmanpuhdistimia operoitiin erikseen kolme tuntia ja toisena päivänä kaksi tuntia. Mittausten välissä sekä öisin koetilan olosuhteiden annettiin kehittyä ilman häiriöitä. Mittausten perusteella ilmanpuhdistimilla ei ollut vaikutusta radonin tai kiinnittymättömien hajoamistuotteiden pitoisuuksiin koetilassa.

- Toisin sanoen säteilyvaaratilanteessa tutkitut ilmanpuhdistimet eivät keräisi jalokaasuja tai radioaktiivisia aineita sisältäviä ultrahienoja aerosolihiukkasia. Sen sijaan ilmanpuhdistimet keräsivät todella tehokkaasti kiinnittyneitä hajoamistuotteita, selittää Aden.

Kiinnittyneiden hajoamistuotteiden pitoisuus koetilassa laski HEPA-suodattimeen perustuvalla ilmanpuhdistimella kertaluokalla mittausten alusta 100 minuutissa ja sähköstaattisella ilmanpuhdistimella 160 minuutissa. Ilmanpuhdistimet keräisivät siis säteilyvaaratilanteessa tehokkaasti saman kokoluokan radioaktiivisia aineita sisältäviä aerosolihiukkasia ja vähentäisivät hengityksen kautta niistä saatavaa efektiivistä säteilyannosta.

Jatkotutkimustaosanaväitöskirjaa

Esitutkimuksen tyydyttävien tulosten perusteella suunnitteilla on suorittaa jatkotutkimuksia.

- Jatkotutkimuksissa mittaukset suoritettaisiin talviaikaan, jolloin on luonnostaan korkeampi radonpitoisuus. Lisäksi mittausajat olisivat pidempiä ja mittauksissa haluttaisiin hyödyntää laajempaa ja monipuolisempaa ilmanpuhdistinvalikoimaa, kertoo Aden.

Lisäksi jatkotutkimuksissa haluttaisiin tutkia ilmanpuhdistimien ja suodattimien keräämää aktiivisuutta, mikä pitää ottaa huomioon, kun määritetään turvallista oleskeluetäisyyttä puhdistimesta sisälle suojauduttaessa sekä suodattimien turvallista puhdistusta ja kierrätystä tilanteen jälkeen.

- Jatkotutkimuksia olisi tarkoitus suorittaa ensi vuonna. Aloitan väitöskirjatutkijana tammikuussa ja jatkotutkimukset ovat osa väitöskirjaani, iloitsee Aden.