Ein automatischer Radonsensor für Bohrlochmessungen / Messergebnisse aus der Gipsmine Walferdingen

Lenzen Manfred

1995

Zusammenfassung

Die Untersuchung der Migration und Anreicherung von Radon in der Umgebung des Menschen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Aus zahlreichen Fallstudien regionaler Aktivitätskonzentrationen entstehen Fragen nach den Migrationsmechanismen von Radon in Böden und Gesteinen. Besonderef3 Interesse gilt dabei Orten mit positiven Aktivitätsanomalien und niedrigem regionalem Aktivitätslevel an der Oberfläche, da hier zur Erklärung der hohen Transportraten advektiver Transport oder Pumpeffekte in Verbindung mit Störungszonen von Bedeutung sind.

Insbesondere die Erfassung kurzperiodischer meteorologischer und endogener Einflüsse auf die Radonmigration erfordert eine automatische Registrierung der Radonaktivität mit hoher zeitlicher Auflösung. Ziel dieser Dissertation ist deshalb die Entwicklung eines entsprechenden Sensors, der zudem unter Feldbedingungen wie in Bohrlöchern einsetzbar ist. Der hergestellte Geräteprototyp ist Bestandteil einer automatisierten Datenerfassungs- und Steuerungsanlage, die neben der Radonaktivität zusätzlich meteorologische Größen aufzeichnet.

Die Analyse der erhaltenen Messdaten erfolgt durch rekursive Algorithmen sowie Fouriertransformation.

Langzeitmessungen der Radonaktivität in einer Gipsmine in Walferdange/Luxemburg deuten neben einem Einfluss des atmosphärischen Luftdrucks auf eine mit den Gezeiten gekoppelte advektive Transportkomponente des Porenfluids. Eine theoretische Erklärung der beobachteten Phänomene liefert eine numerische Transportmodellierung. Die Ergebnisse zeigen, dass Diffusion, atmosphärisches Pumpen sowie Gezeitenpumpen wichtige Prozesse für den Transport von Radon in der Erdkruste darstellen.

Résumé

L'étude sur la migration et sur l'accumulation du Radon dans l'environnement humain joue un rôle de plus en plus important. Un grand nombre d'études portant sur la concentration régionale du Radon pose des questions sur les mécanismes de migration dans les sols et les roches. Les sites, présentant en surface des anomalies d'activité positive et en même temps, un bas niveau d'activité dans les roches affleurant en surface régionale présentent un intérêt tout particulier. Pour expliquer les taux de transport élevés responsables de ces anomalies, il faut, dans ce cas, prendre en compte un transport advectif ou un effet de pompe associe a des zones de faille.

En particulier, la mesure des influences météorologiques et endogènes sur une courte période exige un enregistrement automatique de l'activité du Radon avec une grande résolution temporelle. L'objectif de cette dissertation est la description d'un détecteur, qui est utilisable sur le terrain et aussi dans des trous de mine. Le prototype construit appartient à un système automatique d'acquisition de données ou de contrôle, qui en plus de l'activité de Radon détecte également des mesures météorologiques. Les données recueillies sont analysées grâce à des algorithmes récursifs et à la transformée de Fourier.

Les mesures à long terme de l'activité du Radon dans une mine de gypse à Walferdange, Luxembourg indique une composante advective de transport couplée aux marées terrestres ainsi qu'une influence de la pression atmosphérique. Un modèle de transport numérique explique de façon théorique les phénomènes observés. Les résultats montrent que la diffusion, la pompe atmosphérique et la pompe de marées terrestres représentent des facteurs importants pour le transport du Radon dans la croûte terrestre.

Abstract

The study of Radon migration and accumulation in the human environment has gained significant importance over the last decade. Many case studies of regional activity concentrations raise the question of migration mechanisms of Radon in soil and rock. Sites with positive activity anomalies at the surface but at the same time low regional activity level in the surface-near rocks are of special interest, since advective transport or pumping effects in combination with faults have to be taken into account in order to explain the high transport rates, which are necessary to cause the anomalies.

In particular, the measurement of short-periodical meteorological and endogenous factors affecting Radon migration requires an automatic registration of Radon activity with high temporal resolution. The aim of this dissertation was the development of a correspondent sensor, applicable under field conditions, as for example in boreholes. The constructed prototype is part of an automatized data acquisition and control system, which can measure meteorological quantities as well as Radon activity. The collected data are analyzed via recursive algorithms and Fourier transformation.

Long term measurements of the Radon activity in a gypsum mine in Walferdange/ Luxemburg indicate an advective transport component of the pore fluid coupled with the earth tides, in addition to an influence of the atmospheric pressure. A numerical transport model yields a theoretical explanation of the observed phenomena. The numerical results shows that diffusion, atmospheric pumping and tidal pumping represent important mechanisms of Radon transport in the earth’s crust.

Schlagwörter

Bohrungen, Bergbau, Radon, Luxemburg (Großherzogtum), Walferdange

Mots-clés

forage, mines, radon, Luxembourg (Grand-Duché), Walferdange

Keywords

drilling, mines, radon, Luxembourg (Grand Duchy), Walferdange