MagistrskodeloMENTOR:prof.dr.GorazdPlaninšičLjubljana,2021 UPORABAPOSKUSOVZRADONOMVAKTIVNEMPOUKU MatijaŠkrlep UNIVERZAVLJUBLJANIFAKULTETAZAMATEMATIKOINFIZIKOODDELEKZAFIZIKOMAGISTRSKIŠTUDIJSKIPROGRAMPEDAGOŠKAFIZIKA

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI

FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO ODDELEK ZA FIZIKO

MAGISTRSKI ŠTUDIJSKI PROGRAM PEDAGOŠKA FIZIKA

Matija Škrlep

UPORABA POSKUSOV Z RADONOM V AKTIVNEM POUKU

Magistrsko delo

MENTOR: prof. dr. Gorazd Planinšič

Ljubljana, 2021

(2)

(3)

Zahvala

V prvi vrsti bi se rad zahvalil mentorju za strokovno svetovanje in celo vrsto vzpod- bud v času študija ter pisanja magistrske naloge. Zahvalil bi se prof. Suzani Per- havec, ki me je v času pedagoške prakse sprejela v svoj razred in z menoj zgledno sodelovala tudi pri izvedbi zasnovane učne aktivnosti v njenem razredu. Najlepša hvala sodelavcem iz ARAO za razumevajoč odnos in številne vzpodbude ob za- ključku študija ter praktično znanje o radonu in radioaktivnosti. Iskrena hvala moji družini, ki mi je študij omogočila in me ob tem spodbujala. Na koncu gre zahvala tudi moji dragi Maji, ki mi je v času študija brezpogojno stala ob strani, me spodbujala in podpirala.

(4)

(5)

Uporaba poskusov z radonom v aktivnem pouku Izvleček

Radon je radioaktivni žlahtni plin, ki nastaja v zemeljski skorji kot del uranove razpadne verige. Sčasoma pronica skozi plasti zemlje do površja in se lahko v večjih koncentracijah nabira v zaprtih prostorih. Čeprav je radon znan predvsem po ne- varnih učinkih na človekovo zdravje, lahko njegove kratkožive radioaktivne potomce uporabimo pri izdelavi preprostih radioaktivnih virov za uporabo pri šolskem pouku.

V magistrskem delu je predstavljen razvoj nove učne aktivnosti, ki je zasnovana na uporabi znanih poskusov z radonom. Razvoj aktivnosti je potekal iteracijsko v dveh stopnjah. Aktivnost je zasnovana na teoretskem okviru pristopa ISLE (Investigative science learning environment) in vključuje poskuse s preprosto šolsko laboratorijsko opremo ter viri radioaktivnega sevanja, ki so posledica razpada radona.

Ključne besede: Radon, (radio)aktivnost, radioaktivni vzorci, koncentracija radona, aktivni pouk, Znanstvenoraziskovalno učno okolje (Investi- gative science learning environment, ISLE), učna aktivnost, opazovalni poskus, testni poskus, razlaga.

(6)

(7)

Using radon experiments for active learning Abstract

Radon is a radioactive noble gas formed in the Earth’s crust as part of the uranium decay chain. Over time, it seeps through layers of soil to the surface and can ac- cumulate in higher concentrations indoors. Although radon is known primarily for its dangerous effects on human health, its short-lived decay products can be used to make simple radioactive samples for use in school lessons. This Master’s thesis presents the process of developing new learning activity based on the use of known radon experiments. The development of the activity took place iteratively in two stages. It is based on the theoretical framework of ISLE (Investigative science learning environment) approach and includes experiments with simple school laboratory equipment and radioactive samples resulting from the decay of radon.

Keywords: Radon, (radio)activity, radioactive samples, radon concentration, active learning, Investigative science learning environment (ISLE)), didactic activity, observational experiment, testing experiment, hypoth- esis.

(8)

(9)

Kazalo

Seznam slik . . . 11

Seznam tabel . . . 13

1 Uvod . . . 15

2 Fizika radona . . . 17

2.1 Zgodovina raziskovanja radona . . . 17

2.2 Fizikalne in kemijske lastnosti radona . . . 18

2.3 Radon v bivalnih prostorih in njegov vpliv na zdravje ljudi . . . 19

2.4 Sodobne metode meritev koncentracij radona v zraku . . . 21

3 Učni pristop ISLE: Znanstvenoraziskovalno učno okolje . . . 27

3.1 Koraki v procesu ISLE . . . 28

3.2 Prikaz procesa ISLE na konkretnem primeru . . . 30

4 Obstoječe didaktične aktivnosti z radonom . . . 33

4.1 Uporaba poskusa z balonom pri pouku . . . 33

4.1.1 Opis poskusa z balonom . . . 34

4.1.2 Možnosti uporabe poskusa z balonom v didaktične namene . . 37

4.2 Uporaba poskusa s sesalcem pri pouku . . . 39

4.2.1 Opis poskusa s sesalcem . . . 40

4.2.2 Možnosti uporabe poskusa s sesalcem v didaktične namene . . 41

4.3 Drugi poskusi in didaktične aktivnosti, ki vključujejo radon . . . 42

5 Razvoj novih didaktičnih aktivnosti z radonom, ki temeljijo na pristopu ISLE . . . 43

5.1 Izvajanje poskusov z balonom in sesalcem . . . 43

5.2 Delavnica o radioaktivnosti s študenti . . . 49

5.2.1 Razvoj in priprava didaktične aktivnosti za delavnico s študenti 49 5.2.2 Predhodna izvedba poskusov in priprava video gradiv za delavnico s študenti . . . 55

5.2.3 Analiza izvedene delavnice s študenti . . . 58

5.2.4 Izboljšave na podlagi analize delavnice s študenti . . . 64

5.3 Delavnica o radioaktivnosti z dijaki . . . 65

5.3.1 Prilagoditev didaktičnih aktivnosti na gimnazijski nivo . . . . 65

5.3.2 Analiza izvedene delavnice z dijaki . . . 69

5.3.3 Izboljšave na podlagi analize delavnice z dijaki . . . 75

6 Zaključek . . . 77

(10)

Literatura . . . 81

Dodatek A Scenarij učne aktivnosti delavnice s študenti . . . 85

Dodatek B Scenarij učne aktivnosti delavnice z dijaki . . . 93

Dodatek C Delovni in učni list za delavnico z dijaki . . . .101

(11)

Seznam slik

2.1 Shema uranove razpadne verige. . . 19

2.2 Povprečne koncentracije radona v Sloveniji v zemljini in v notranjosti stavb. . . 21

2.3 Nekateri pasivni merilniki za določanje koncentracije radona v zraku. 22 2.4 Dve vrsti merilnikov za neprekinjeno merjenje koncentracije radona v zraku. . . 24

2.5 Meap-V - merilna naprava za merjenje gostote potencialne alfa energije (PAEC). . . 24

3.1 Diagram ISLE procesa. . . 28

3.2 Fotografija orošenega kozarca, ki jo lahko uporabimo kot opazovalni poskus. . . 30

4.1 Fotografije treh različnih izvedb poskusa, ki prikazujejo balon v fazi izpostavljenosti zraku. . . 34

4.2 Merjenje aktivnosti balona pri treh različnih izvedbah poskusa. . . 35

4.3 Aktivnost balona v odvisnosti od časa. . . 36

4.4 Meritev razpadne krivulje balona, pri kateri po nekaj minutah med vzorec in merilnik vstavimo list papirja. . . 38

4.5 Rezultati raziskave vpliva zračne vlage na izmerjeno aktivnost balona. 39 4.6 Ena izmed izvedb poskusa s sesalcem. . . 40

5.1 Geiger-Müllerjev števec Vernier Radiation Monitor. . . 45

5.2 Izvedba poskusa z balonom. . . 45

5.3 Izvedba poskusa s sesalcem. . . 47

5.4 Časovna odvisnost aktivnosti balona. . . 49

5.5 Utrinek iz video posnetka drugega opazovalnega poskusa. . . 56

5.6 Grafična predstavitev testnega poskusa T7. . . 57

5.7 Stolpčni diagrami primerjave ozadja in aktivnosti balonov, pripravlje- nih v kleti in pritličju. . . 57

5.8 Grafična primerjava ozadja in aktivnosti filtra sesalca pred potresom, nekaj ur po potresu in nekaj dni po potresu. . . 58

5.9 Izvedba delavnice s študenti na daljavo z uporabo videokonferenčne platformeZoom. . . 59

5.10 Tabela z napovedmi izidov testnih poskusov, ki so jo študenti izpol- njevali v sklopu skupinskega dela. . . 63

5.11 Monitoring med skupinskim delom dijakov. . . 69

5.12 Pomožne bele table, na katere so dijaki pisali v sklopu skupinskega dela. . . 70

5.13 Tortni diagram z odgovori dijakov na 1. vprašanje ankete. . . 73

5.14 Tortni diagram z odgovori dijakov na 2. vprašanje ankete. . . 74

(12)

5.15 Tortni diagram z odgovori dijakov na drugi del 3. vprašanje ankete. . 74

(13)

Seznam tabel

2.1 Nekatere osnovne lastnosti radonovih najpogostejših izotopov. . . 18

2.2 Pregled detektorjev za meritve koncentracije radona ali njegovih potomcev. . . 22

3.1 Napovedi izidov testnih poskusov (II) in (III) za predlagane možne razlage (ISLE primer). . . 31

5.1 Časovnica izvedbe posamezne ponovitve poskusa z balonom. . . 44

5.2 Rezultati meritev aktivnosti ozadja (A_oz) in balona (A_bal) v različnih ponovitvah poskusa. . . 46

5.3 Časovnica izvedbe posamezne ponovitve poskusa s sesalcem. . . 47

5.4 Rezultati meritev poskusa s sesalcem. . . 48

5.5 Povzetek scenarija učne aktivnosti delavnice s študenti. . . 51

5.6 Možne razlage, za katere sem predvidel, da bi jih študenti lahko predlagali. . . 52

5.7 Testni poskusi, za katere sem predvideval, da jih bodo študenti predlagali. . . 53

5.8 Izidi opazovalnih in testnih poskusov. . . 56

5.9 Pregled možnih razlag, ki so jih predlagali študenti. . . 60

5.10 Testni poskusi, ki so jih predlagali študenti. . . 62

5.11 Povzetek scenarija učne aktivnosti delavnice z dijaki. . . 66

5.12 Pregled ujemanja napovedi izidov in dejanskih izidov testnih poskusov. 68 5.13 Pregled možnih razlag, ki so jih dijaki predlagali v okviru skupinskega dela. . . 71

5.14 S strani dijakov predlagani testni poskusi. . . 72

A.1 Scenarij učne aktivnosti delavnice s študenti. . . 85

B.1 Scenarij učne aktivnosti delavnice z dijaki. . . 93

(14)

(15)

Poglavje 1 Uvod

Jedrska fizika in tehnologija imata v vsakdanjem življenju zadnjih desetletij pogosto negativen prizvok. To je posledica dveh medijsko odmevnih jedrskih nesreč v Černobilu leta 1996 in Fukušimi leta 2011, ki sta za vedno spremenili pogled na to področje fizike. Čeprav jedrska energija v strokovni javnosti običajno velja za okolju prijazno, pa ravno take nesreče v javnosti mečejo senco dvoma nad varnostjo uporabe jedrske tehnologije.

Neljubi dogodki, kot sta bila Černobil in Fukušima, pa na jedrsko tehnologijo vplivajo tudi pozitivno – v smislu izboljšav na področju varnosti uporabe. Ljudje se na napakah učimo in tudi zaradi tragičnih nesreč v jedrskih elektrarnah te sčasoma postajajo varnejše in zanesljivejše.

Do sprememb na področju jedrske varnosti v zadnjih desetletjih prihaja tudi v izobraževanju. Poglavji Atom in Atomsko jedro ter z njima povezana radioaktivnost so del učnega načrta gimnazij [1]. V praksi te vsebine obravnavamo bolj pri koncu štiriletnega programa, torej tik pred maturo. Če želi srednješolski učitelj v pouk vključiti poskuse s področja radioaktivnosti, nujno potrebuje vir radioaktivnega sevanja. Stroga zakonodaja na področju posedovanja in uporabe radioaktivnih virov [2] je močno omejila dostopnost dolgoživečih radioaktivnih virov v obliki tablet, ki so jih včasih pogosto uporabljali v slovenskih srednjih šolah.

Toda narava ponuja učitelju priložnost, da radioaktivni vir za rabo v sklopu uč- nih ur radioaktivnosti v razredu pripravijo sami. Radioaktivnost je namreč prisotna povsod okoli nas v obliki kozmičnih žarkov in radioaktivnih delcev v ozračju. Pri poskusih v razredu je ključen radon, inerten radioaktiven plin, ki nastaja v zemeljski skorji in počasi pronica na površje. Ker so njegovi kratkoživi potomci v trdnem agregatnem stanju in kemijsko aktivni, jih lahko na različne načine zgostimo na majhno površino in s tem ustvarimo vzorec, katerega aktivnost je bistveno višja od radioaktivnosti ozadja.

Tako pridobljeni vzorci lahko učitelju in dijakom ponudijo celo več kot radioaktivne tablete z dolgoživečimi radioaktivnimi elementi. V sklopu dobro premišljenih učnih aktivnosti nudijo dober vpogled v povezanost radioaktivnosti z vsakdanjim življenjem – izvor naravne radioaktivnosti v okolju, njene lastnosti in vplivi na člo- veka. V zadnjih desetletjih se v šolah vedno bolj uveljavlja t. i. aktivni pouk,

(16)

Poglavje 1. Uvod

katerega cilj je aktivna vključenost vseh dijakov v vse faze pouka. V skladu s tem so se tudi v fiziki pričeli razvijati različni pristopi k aktivnemu pouku. Eden izmed uspešnejših poučevalskih pristopov je Investigative Science Learning Environment (ISLE) [3, 4, 5] ali v slovenskem prevodu Znanstvenoraziskovalno učno okolje. Ta pristop učitelju nudi priložnost, da poljubno učno snov obravnava v obliki aktivnega pouka. Zato sem ISLE uporabil kot teoretični okvir pri razvoju novih učnih aktivnosti iz poglavja Atomsko jedro, pri katerih kot vir sevanja uporabimo vzorec z zbranimi radonovimi potomci.

V tej magistrski nalogi v uvodu opišem lastnosti radona, njegovo razpadno verigo, problematiko radona v bivalnih prostorih, njegov vpliv na zdravje ljudi in nekatere sodobne metode meritev koncentracij radona v zraku. Sledi didaktični del v katerem najprej predstavim pregled obstoječih didaktičnih aktivnosti z radonom, ki sem jih zbral iz različnih virov, nato pa nadaljujem z opisom razvoja novih didaktičnih aktivnosti, ki temeljijo na pristopu ISLE in sem jih razvil v okviru magistrskega dela.

V zadnjem delu opišem iterativni postopek izboljševanja nove aktivnosti na podlagi testiranja s skupino študentov in s skupino dijakov v gimnaziji. V zaključku opišem omejitve študije, ki sem jo izvedel ter navedem priporočila, namenjena gimnazijskim učiteljem, ki bi želeli novo učno aktivnost izvesti v razredu.

(17)

Poglavje 2

Fizika radona

2.1 Zgodovina raziskovanja radona

Prvi očitni vplivi radioaktivnosti na človeka so se pokazali že v 16. stoletju. Pri ru- darjih v rudnikih urana na področju današnje Avstrije so opažali bolezenske znake, ki so jih poimenovali rudniška bolezen. Henry Becquerel je ob koncu 19. stoletja ugotovil, da ob prisotnosti uranove rude fotografski film potemni, kar je nakazovalo na prisotnost svetlobi podobnega pojava. Iz avstro-ogrskih uranovih rudnikov sta zakonca Curie ob koncu 19. stoletja dobila v dar snov, ki ostane pri ekstrakciji urana iz rude. To snov sta uporabila za raziskave radioaktivnosti. Izkazalo se je, da so ti ostanki še bolj radioaktivni, kot sam uran. Kasneje sta Curiejeva ugotovila, da je v njih nov element, ki ga prej niso poznali, radij. Iz osmih ton ostankov uranove rude sta uspela izolirati en sam gram čistega radija [6, 7].

Zakonca Curie v tistem času še nista vedela, da iz rude izhaja radijev potomec radon. Tega je prvi odkril Ernst Dorn leta 1900 in ga poimenoval radijev izloček.

Uvrstil ga je v periodni sistem. Danes velja za uradnega odkritelja radona Ernest Rutherford, ki je pokazal, da je radon res radijev potomec. Leta 1908 mu ga je uspelo kot plin izolirati od okolice. Do leta 1920 so ga imenovali niton, šele nato se je uveljavilo novo ime, radon [6].

Že leta 1901 sta Julius Elster in Hans Geitel prišla do zanimivega odkritja, da negativno nabiti prevodnik v zraku postane radioaktiven, medtem ko pri pozitivno nabitemu prevodniku takega pojava ne opazimo. Ugotovila sta tudi, da ’radioaktivnost iz zraka’ po 45 minutah pade na polovico. Šele kasneje se je izkazalo, da sta pravzaprav opazovala razpadno krivuljo radonovih kratkoživih potomcev [10].

V dvajsetih letih 19. stoletja so radon smatrali za zdravilen plin, saj so ga tesno povezovali z geotermalno vodo in njenimi koristnimi vplivi na zdravje. Šele v drugi polovici 19. stoletja so prišli do spoznanj o nevarnosti radona za rudarje v rudnikih in kasneje tudi za splošno javnost. Proti koncu stoletja se je povečala tudi ozaveščenost o vplivih na koncentracijo radona v bivalnih prostorih, čemur sta sledila razvoj novih merilnih metod in obsežne sistematične meritve koncentracij radona po vsem svetu [10].

(18)

Poglavje 2. Fizika radona

2.2 Fizikalne in kemijske lastnosti radona

Radon je žlahtni plin brez barve in vonja. Njegovo atomsko število je 86, kemijska oznaka pa Rn. Naravno se pojavlja v Zemljini skorji kot razpadni produkt težjih radioaktivnih elementov. Trije najpogostejši radonovi izotopi so²¹⁹Rn,²²⁰Rn in²²²Rn, ki nastajajo v razpadnih verigah urana²³⁵U, torija²³²Th in urana²³⁸U (Tabela 2.1).

Vsi ti se v majhnih količinah nahajajo v Zemljini skorji.

Tabela 2.1: Nekatere osnovne lastnosti radonovih najpogostejših izotopov [11].

Izotop radona Razpolovni čas Začetni element

Ime razpadne verige t_1/2 razpadne verige

219Rn 3,9 s ²³⁵U Aktinijeva veriga

220Rn 55,6 s ²³²Th Torijeva veriga

222Rn 3,8 dni ²³⁸U Uranova veriga

219Rn in ²²⁰Rn imata v primerjavi z ²²²Rn znatno krajši razpolovni čas. To pomeni, da kmalu po nastanku iz svojih predhodnikov sledi nadaljnji razpad, po večini v neposredni bližini nastanka radonovega atoma. Tadva izotopa tako v veliki meri sploh ne dosežeta Zemljinega površja in za obravnavo v tej magistrski nalogi nista pomembna. V nasprotju z ²¹⁹Rn in ²²⁰Rn, pa je razpolovni čas ²²²Rn precej daljši, kar mu omogoči, da po nastanku iz svojega predhodnika radija ²²⁶Ra pronica skozi plasti kamnin na površje [11].

Slika 2.1 prikazuje shemo uranove verige, torej zaporedja radioaktivnih razpadov od urana ²³⁸U do svinca ²⁰⁶Pb. Uran je v majhnih količinah prisoten po celotni Zemljini skorji, npr. v granitu in nekaterih fosfatnih kamninah [6]. Njegov razpolovni čas je 4.5 milijarde let, kar pomeni, da je na človeški časovni skali praktično stabilen in se njegova količina v zgornjih plasteh Zemlje skorajda ne spreminja. Ko vendarle razpade, nastane veriga njegovih radioaktivnih potomcev, ki so vsi v trdnem agregatnem stanju in imajo precej krajši razpolovni čas. Preko razpadov α in β sčasoma nastane radij ²²⁶Ra, ki je prav tako trden in ima razpolovni čas enak 1602 let. Kamnine so v primerjavi s tem zelo stare, zato so elementi v uranovi verigi v sekularnem ravnovesju. To pomeni, da vsak posamezen element v tem delu verige razpada z enako hitrostjo, kot nastaja. Njihova količina v zemeljski skorji se torej ne spreminja bistveno. Radijev potomec radon²²²Rn v zgornjih plasteh Zemlje zato nastaja počasi in s konstantno hitrostjo.

Radonu sledi veriga njegovih štirih kratkoživih razpadnih produktov. Preko dveh razpadov α najprej nastaneta polonij ²¹⁸Po in svinec ²¹⁴Pb, nato pa preko dveh razpadov β procesov še bizmut ²¹⁴Bi in polonij ²¹⁴Po. Vsi našteti produkti so radioaktivne kovine v trdnem agregatnem stanju, kar se izkaže kot ključni faktor pri vplivu na zdravje ljudi. Poloniju ²¹⁴Po sledi svinec ²¹⁰Pb, čigar razpolovni čas je enak 22,3 let. To pomeni, da je v primerjavi s predhodniki nekoliko bolj stabilen in zato s stališča te magistrske naloge nepomemben. Po nekaj dodatnih razpadih nastane svinec ²⁰⁶Pb, ki je stabilen, s čimer se radonova veriga konča [6, 12].

(19)

2.3. Radon v bivalnih prostorih in njegov vpliv na zdravje ljudi

Slika 2.1: Shema uranove razpadne verige, ki se začne z uranom²³⁸U in poteka preko radija ²²⁶Ra, radona ²²²Rn ter njegovih kratkoživih produktov do stabilnega svinca

206Pb. Navedeni časi so razpolovni časi posameznega izotopa.

Mednarodni sistem enot SI za radioaktivnost predpisuje izpeljano fizikalno enoto bekerél (Bq). Koncentracijo radona v zraku običajno podamo z enoto Bq/m³, ki predstavlja en radioaktivni razpad v kubičnem metru na sekundo. V starejši litera- turi pogosto zasledimo enoto pCi/l (pikocurie na liter). En curie je enak 3,7·10¹⁰ bekerelov [13].

2.3 Radon v bivalnih prostorih in njegov vpliv na zdravje ljudi

Po nekaj stoletjih so znanstveniki našli vzrok za rudarsko bolezen rudarjev v rudnikih urana. Zaradi močno povišane koncentracije radona in njegovih kratkoživih potomcev so pogosteje zbolevali za pljučnim rakom. Meritve pokažejo, da je tipična koncentracija radona na odprtem nekje 5 – 10 Bq/m³, medtem ko je v zaprtih prostorih bistveno večja, tj. nekje med 50in 100 Bq/m³ [6, 14].

Radon lahko do površine Zemljine skorje pride zaradi svojih specifičnih lastnosti. Vsi njegovi predhodniki so v trdnem agregatnem stanju, radon pa je plin. To mu omogoča, da difundira proč od mesta svojega nastanka proti površju. Proces je močno odvisen od tlačnih razlik med kamninskimi plastmi in atmosfero. To pomeni,

(20)

da na koncentracijo radona v zaprtih prostorih in na prostem močno vplivajo tudi vremenske razmere. Ključna lastnost radona ²²²Rn je tudi njegov razmeroma dolg razpolovni čas, ki je 3,8 dni. S tem ima radon dovolj časa, da še pred razpadom pride do površja. Preostala izotopa, ²¹⁹Rn in ²²⁰Rn, razpadeta razmeroma hitro in posledično blizu lokacije svojega nastanka v Zemljini skorji [15].

Radon torej kontinuirano pronica skozi plasti kamnin na površje. Na prostem se pomeša v atmosfero in tako njegova koncentracija ostaja razmeroma nizka. Pro- blem nastane v zaprtih prostorih, denimo v kleteh stanovanjskih hiš in ostalih stavb.

Radon v te prostore pronica skozi drobne razpoke v tleh in stenah ter v njih lahko ostaja ujet. Tako pride do povečane koncentracije, na katero močno vpliva tudi pogostost prezračevanja in pasivna ventilacija skozi razpoke ob oknih in kanale ele- ktrične napeljave.

Značilno je nihanje koncentracij glede na čas v dnevu: ponoči zaradi zmanj- šane ventilacije koncentracija radona v prostoru naraste, čez dan pa se zopet spusti.

Tipične vrednosti koncentracij v zaprtih stanovanjskih prostorih se gibljejo okoli 50 Bq/m³. Poleg naštetega na koncentracijo vpliva tudi kamninska sestava tal, na katerih stoji zgradba. Skandinavija ima zato v povprečju nekoliko višjo povprečno koncentracijo radona v stavbah, ki znaša okoli 100 Bq/m³ [15].

V sklopu povečane skrbi glede vpliva radona na zdravje ljudi tudi v Sloveniji stalno potekajo meritve koncentracij radona. Slika 2.2 prikazuje povprečno koncentracijo radona v zemlji in v notranjosti stavb. Opazen je močan vpliv kamninske sestave na koncentracije v zaprtih prostorih [16]. Zaradi vpliva vremenskih razmer (temperature zraka in kamnin, vetrovi ter vlaga) lahko poleg tipičnih dnevnih nihanj opazimo tudi spremembe na tedenski in letni skali. Na tedenska nihanja vplivajo predvsem kratkoročne vremenske razmere, medtem ko nihanje na letni ravni povzro- čajo vremenske razmere, povezane z letnimi časi. Trenutno v Sloveniji zakonodaja v stanovanjskih prostorih koncentracijo radona omejuje na 400 Bq/m³, v delovnih prostorih pa na 1000 Bq/m³ [15, 17]. V primeru prekoračitve teh vrednosti je potrebno poskrbeti za zadostno zračenje prostora, ali pa na stavbi opraviti vzdrževalna dela, ki delno omejijo dotok radona v prostor [18].

Radon za zdravje ljudi ni neposredno nevaren. Ker spada med žlahtne pline, je kemično inerten, to pa pomeni, da se praktično ne veže v spojine. Ob vdihu vstopi v pljuča in jih ob izdihu tudi zapusti. V pljučih se tako zadrži le nekaj sekund, kar je precej manj od njegovega razpolovnega časa. Tako je verjetnost za razpad v pljučih zanemarljivo majhna. Večjo nevarnost za zdravje predstavljajo radonovi kratkoživi potomci.

218Po, ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi in ²¹⁴Po so štiri reaktivne kovine, ki so zaradi svojega radioaktivnega nastanka pogosto električno nabite. Zaradi naboja se pogosto prilepijo na večje delce nečistoč v zraku, npr. prašne delce, kapljice vode in podobno. Ti delci so tipično bistveno večji od velikosti atomov radonovih potomcev. Ob vdihu se pogosto zgodi, da se prilepijo na stene naših dihalnih poti. V primeru, da bi šlo samo za prašne delce, je ta pojav dobrodošel, saj se s tem zrak pred vstopom v pljuča očisti nečistoč. Problem predstavljajo razpolovni časi kratkoživih potomcev,

(21)

2.4. Sodobne metode meritev koncentracij radona v zraku

Slika 2.2: Povprečne koncentracije radona v Sloveniji v zemljini (levo) in v notranjosti stavb (desno). Opazen je močan vpliv kamninske sestave na količino radona v zaprtih prostorih [16].

ki so precej krajši kot pri radonu – od delčka sekunde, do pol ure. Tako je verjetnost za radioaktivni razpad znotraj človeškega telesa precej večja [6].

Tipičen doseg delca α v zraku je nekaj centimetrov, v človeškem tkivu pa je ta razdalja bistveno manjša. To pomeni, da alfa sevalci zunaj človeškega telesa niso posebej nevarni, saj nas pred njimi zaščiti že naša koža. Večji problem nastane, če radioaktivni delci pridejo v naše telo. Pri razpadu znotraj dihalnih poti sevanje zlahka doseže okoliško tkivo. Ob takem dogodku lahko pride do poškodbe DNK molekule celic ter s tem do mutacij. Tako lahko pride do razvoja rakavih obolenj.

Poleg kajenja radon velja za drugi najpogostejši vzrok nastanka pljučnega raka [11, 20].

2.4 Sodobne metode meritev koncentracij radona v zraku

Metode za merjenje koncentracije radona v zraku v splošnem delimo na aktivne in pasivne. Pri aktivnih metodah uporabljamo merilne naprave, ki za svoje delovanje potrebujejo električno napajanje. Meritve potekajo kontinuirano, s tem pa so rezultati meritev na voljo takoj, torej že v času ko je detektor izpostavljen zraku.

Pri pasivnih metodah sta fazi izpostavljenosti (vzorčenja) in meritev ločeni. Naj- prej nek določen merjenec izpostavimo zraku, v katerem želimo meriti koncentracijo radona. Čas izpostavljenosti se od metode do metode razlikuje in lahko traja tudi več tednov ali mesecev (Tabela 2.2). Šele kasneje z meritvami na vzorcu določimo koncentracijo radona v zraku.

Pravilnik o monitoringu radioaktivnosti Republike Slovenije glede metod določa- nja koncentracije pravi naslednje: »Koncentracijo ²²²Rn v zraku je treba določati po metodi detekcije jedrskih sledi, po metodi spektroskopije alfa, z meritvami aktivnosti adsorbiranega ²²²Rn na aktivnem oglju ali z drugimi standardnimi metodami« (6.

člen, 4. odstavek [21]). Zavod za varstvo pri delu večino svojih meritev koncentracij radona v podjetjih in bivalnih objektih opravi s pasivnimi detektorji sledi [22].

(22)

Tabela 2.2: Pregled detektorjev za meritve koncentracije radona ali njegovih potomcev. Navedeni so tip metode, okvirna negotovost meritve in tipični čas vzorčenja [23, 24].

Detektor Tip metode Negotovost

Čas vzorčenja meritve

Detektor sledi Pasivna 10−25 % 1−12 mesecev

Meritev z aktivnim ogljem Pasivna 10−30 % 2−7 dni Ionska komora z elektretom Pasivna 8−15 % 5 dni−1 leto Meglična celica s

Aktivna ∼25 % 2 dni - več let polprevodniškim detektorjem

Merilnik za neprekinjene

Aktivna ∼10 % 1 ura - več let meritve koncentracije

Meritev PAEC – Gostota

Pasivna 25−40 % 12 min

potencialne alfa energije

Detektor sledi

Pri tej metodi uporabljamo plastično folijo, zapakirano v zaščitno ohišje valjaste oblike, ki jo obesimo približno meter nad tlemi na lokaciji meritev koncentracije.

Čas izpostavljenosti je običajno več tednov ali celo mesecev. V tem času v zaščitno ohišje prodira zrak z radonom, del katerega tam tudi razpade. Delci α, ki ob tem zadenejo plastično folijo, na njej povzročijo mikroskopsko majhne sledi. Zaščitno ohišje detektorja sledi prikazuje Slika 2.3 – levo.

Slika 2.3: Nekateri pasivni merilniki za določanje koncentracije radona v zraku.

Levo: detektor sledi; Sredina: posoda z aktivnim ogljem; Desno: ionska komora z elektretom [25].

Po končani izpostavljenosti folijo odstranimo iz ohišja in jo potopimo v razto- pino NaOH ali KOH, kateri je včasih dodan tudi etanol. Raztopina dodatno razjedka sledi delcev α, ki tako postanejo bolj poudarjene [19]. Nato s pomočjo računalniških sistemov za avtomatsko štetje določimo površinsko gostoto sledi, ki je sorazmerna s povprečno koncentracijo radona v času izpostavljenosti folije. Če želimo dobiti

(23)

dejansko koncentracijo radona, mora biti plastična folija vnaprej umerjena. Ta metoda torej ne omogoča opazovanja dnevnih nihanj, pač pa nam poda dolgoročno, večtedensko povprečje koncentracije radona [22, 26].

Meritve z aktivnim ogljem

Aktivno oglje je vrsta oglja, ki mu z obdelavo spremenimo strukturo in tako močno povečamo njegovo poroznost, s tem pa tudi površino. Tako se poveča tudi njegova sposobnost adsorpcije oziroma vezave snovi iz okolice. Posodo z aktivnim ogljem (Slika 2.3 – sredina) postavimo v prostor, kjer želimo izmeriti koncentracijo radona. Čas izpostavljenosti je običajno nekaj razpolovnih časov radona, torej pri- bližno teden dni. S tem dosežemo, da sta koncentraciji adsorbiranega radona v oglju in radona v zraku v ravnovesju. Radon namreč ves čas difundira v posodo z ogljem.

Na koncu izmerimo aktivnost radonovih potomcev ²¹⁴Pb in ²¹⁴Bi v oglju, kar nare- dimo z gama spektrometrom. Iz izmerjene aktivnosti lahko ocenimo koncentracijo radona v zraku [11, 14].

Ionska komora z elektretom

Elektret je dielektrični material, ki ima stalno električno polarizacijo in je torej elektrostatski ekvivalent permanentnega magneta. Pri tej metodi uporabljamo majhno komoro, v kateri se nahaja omenjeni material, običajno je to pozitivno naelektren teflon (prikazano na desni strani Slike 2.3). Ta nam hkrati služi kot vir električnega polja in detektor. Ob razpadu radona in njegovih produktov v komori nastajajo ioni. Naelektren teflon privlači negativne ione, ob trku z njimi pa se njegov pozitivni naboj zmanjšuje. Razlika med začetnim in končnim nabojem na teflonu je sorazmerna s številom radioaktivnih razpadov v komori. S predhodno umerjeno ionsko komoro lahko torej izmerimo koncentracijo radona v zraku [19, 27].

Meglična celica s polprevodniškim detektorjem

Pri tej metodi uporabljamo meglično celico z vgrajenim polprevodniškim detektorjem. Meglična celica je naprava, v kateri imamo plast prenasičene alkoholne pare, v kateri mimobežni nabiti delci ionizirajo snov in s tem za seboj puščajo sledi.

Delci alfa močno ionizirajo paro in zato puščajo močne sledi, ki jih s silicijevim detektorjem in primernim električnim vezjem lahko preštejemo. Njihova pogostost je sorazmerna s koncentracijo radona v zraku. Ker je debelina plasti alkoholne pare običajno majhna, je potrebno meritve izvajati dlje časa (vsaj2 dni), da dobimo sta- tistično stabilne rezultate. Kljub temu meritve s tovrstnimi napravami spadajo med aktivne metode [23, 28]].

Merilniki za neprekinjeno merjenje koncentracije radona

Obstaja več vrst merilnikov, ki omogočajo kontinuirane meritve koncentracije radona. Med seboj se razlikujejo po tipih senzorjev. Nekateri razpade radona za- znavajo preko zajemanja nastalih ionov z elektrodami znotraj ohišja merilnika, drugi merijo preko scintilacijskih celic ali silicijevih detektorjev. Poleg tega se razlikujejo tudi v načinu dostopanja radona v merilnik. Nekateri uporabljajo zračne črpalke in s tem ustvarjajo stalen zračni tok skozi napravo, pri drugih pa zrak z radonom v

(24)

Slika 2.4: Dve vrsti merilnikov za neprekinjeno merjenje koncentracije radona v zraku. Levo: merilnik s scintilacijsko celico; Desno: merilnik z elektrodo za zaje- manje ionov [28].

ohišje pride s pomočjo difuzije.

Vsem merilnikom za neprekinjeno merjenje je skupno električno vezje, ki analizira signal s senzorja, običajno pa imajo take naprave tudi možnost beleženja meritev v odvisnosti od časa. Slika 2.4 prikazuje dva tipa takih merilnikov. Na levi je merilnik s scintilacijsko celico, na desni pa merilnik, ki z elektrodo zajema v zraku nastale ione in tako preko meritev električnega toka določa koncentracijo radona [19, 29].

Meritev koncentracije radonovih potomcev preko filtracije zraka

Ker radon zdravju ni neposredno nevaren, se včasih zdi bolj smiselno, da dolo- čimo koncentracijo njegovih potomcev in določimo potencialno škodo, ki jo lahko povzročijo človeškemu dihalnemu sistemu. Gostota potencialne alfa energije (angl.

Potential Alpha Energy Concentration - PAEC) nam pove, kolikšna je energija na volumen zraka, ki se bo sčasoma preko razpadov α radona in njegovih potomcev sprostila v okolico. Sorazmerna je torej s koncentracijo radonovih potomcev in v primeru sekularnega ravnovesja med potomci in radonom tudi s koncentracijo radona v zraku.

Slika 2.5: Meap-V je merilna naprava za merjenje gostote potencialne alfa energije (PAEC).Levo: Faza filtracije. Naprava skozi filter, nameščen v ščipalki, črpa zrak.

Desno: Izpis rezultata po fazi štetja. Filter je nameščen v glavno enoto naprave.

(25)

Zračna črpalka omogoča pretok zraka skozi filter (na Sliki 2.5 levo). Filter se po vzorčenju vstavi v glavno enoto, v režo na desni strani naprave, kjer se avtomatsko opravijo tri serije meritev pogostosti razpadov α (Slika 2.5 desno). Iz razmerja treh izmerjenih aktivnosti filtra in količine prečrpanega zraka naprava nato določi PAEC, ki jo poda v enotah µJ/m³. Pri tej metodi sta faza vzorčenja in merjenja strogo ločeni, zato jo po tem kriteriju uvrščamo med pasivne metode. Kljub temu so rezultati meritev na voljo zelo hitro. Od začetka vzorčenja do izpisa rezultata meritev poteče 12 minut, s tem pa ta metoda spada med najhitrejše in s tem tudi zelo uporabne [24, 30].

(26)

(27)

Poglavje 3

Učni pristop ISLE:

Znanstvenoraziskovalno učno okolje

Učni pristop Investigative Science Learning Environment (ISLE), oziroma Znan- stvenoraziskovalno učno okolje, je aktivni pristop k poučevanju in učenju fizike in se danes lahko uporablja na vseh nivojih izobraževanja – od osnovne šole, do univer- zitetnega izobraževanja. Glavna značilnost pristopa ISLE (preberemo »ajl«) je, da učenci znanja ne pridobivajo pasivno, kot neko brezpogojno resnico s strani avtorite- tnega učitelja, pač pa pri tvorbi znanja aktivno sodelujejo. Pri tem učne aktivnosti v veliki meri posnemajo aktivnosti fizikov pri formiranju novih znanj. Znanstveno- raziskovalno učno okolje je torej učni pristop, pri katerem učitelj dijakom omogoči, da svoje znanje gradijo sami, oziroma pri tem vsaj v veliki meri sodelujejo.

Pristop ISLE je v devetdesetih letih 20. stoletja začela razvijati Eugenia Etkina, profesorica z univerze Rutgers v New Jerseyu. Kasneje so se ji pridružili še ostali raziskovalci, med drugimi Alan Van Heuvelen, David T. Brookes in Gorazd Planin- šič. Danes ISLE predstavlja celosten pristop k učenju in poučevanju. Poleg tega, da temelji na teoretičnih dognanjih o človekovem učenju, je tudi v praksi preizkušen in obsega obsežno zbirko gradiv za učne aktivnosti [3, 4].

V zadnjih desetletjih se različne oblike aktivnega pouka vedno bolj uveljavljajo pri večini šolskih predmetov na vseh stopnjah izobraževanja. Raziskave so pokazale, da je tradicionalni način poučevanja, kjer učitelj z razlaganjem posreduje dijakom prečiščeno znanje, dijaki pa so zgolj pasivni sprejemniki tega znanja, znatno manj učinkovit kot aktivne metode pouka. Danes živimo v svetu, kjer delodajalci iščejo ljudi, ki so sposobni prepoznati in reševati probleme, presojati različne možne reši- tve, ponuditi ideje za izboljšave delovnega procesa in podobno. Tradicionalni pouk sicer omogoča pridobivanje znanja, (skoraj) nič pa dijaki pri pouku ne izvejo o tem, na kakšen način znanje nastaja in kako se načini razmišljanja in reševanja problemov razlikujejo med različnimi disciplinami. Poleg tega ne znajo kritično razmišljati o pridobljenem znanju, saj jim je znanje vedno servirano kot od učitelja podana re- snica.

Aktivne oblike pouka omogočajo, da so dijaki aktivni udeleženci pri pridobivanju lastnega znanja. Obstaja veliko različnih aktivnih pristopov k pouku fizike, ISLE pa med njimi izstopa kot pristop, ki posnema način razmišljanja, ki ga uporabljajo

(28)

Poglavje 3. Učni pristop ISLE: Znanstvenoraziskovalno učno okolje

znanstveniki, ko konstruirajo novo znanje, je celosten, ima izdelan lasten teoretičen okvir, daje velik poudarek na epistemoloških znanjih in je preizkušen tudi v praksi.

Pri pristopu ISLE je v osrednji vlogi dijak, ki prevzame nadzor nad tvorbo svojega novega znanja. Medtem učitelj dijake usmerja in spodbuja z vnaprej dobro premi- šljenimi intervencijami. Izvedba pouka s pristopom ISLE zahteva kompetentnega učitelja in primerna gradiva, ki so razvita na podlagi tega pristopa.

3.1 Koraki v procesu ISLE

ISLE proces lahko v poenostavljeni sliki predstavimo z diagramom, ki ga prikazuje Slika 3.1. Učno aktivnost običajno začnemo z opazovalnim poskusom. Ta mora biti čimbolj preprost in jedrnat – vsebovati mora čim manj podrobnosti, ki so za učno aktivnost nepomembne ali pa pozornost dijakov celo vodijo v neproduktivno smer.

Namen opazovalnega poskusa je, da dijaki opazujejo ciljni pojav in v njem opazijo značilnost/vzorec, ki pritegne njihovo pozornost in je glede na njihovo predznanje še nepojasnjen. Včasih razmere ne dopuščajo, da bi bil opazovalni poskus dejansko poskus. To se zgodi, če je ta preveč časovno potraten, zahteva predrago laboratorijsko opremo, se zgodi prehitro, ipd. V tem primeru lahko opazovalni poskus nadomestimo tudi tako, da dijakom npr. pokažemo fotografijo oziroma video posnetek pojava, ali pa jim damo vnaprej izmerjene meritve, oni pa nato v njih iščejo vzorce [3].

Slika 3.1: Diagram ISLE procesa [31].

Ko dijaki v opazovalnem poskusu opazijo ciljni pojav, oziroma nek vzorec, jih spodbudimo, da poskusijo tvoriti čim več možnih razlag za to, kar so opazili. Delo poteka v manjših skupinah, ki praviloma štejejo štiri člane. Pomembno je tudi, da se dijaki zavedajo, da so vse razlage enakovredne, dokler jih ne testiramo (dokler nekaterih izmed njih ne ovržemo). Pomembno je le, da so razlage oblikovane tako, da so preverljive s poskusi. Avtorji ISLE na tej točki možne razlage celo poimenujejo

(29)

3.1. Koraki v procesu ISLE

»nore ideje« s čimer spodbudijo dijake, da res predlagajo tudi ideje, ki se jim morda ne zdijo zelo verjetne. Dijaki svoje ideje za možne razlage zapisujejo na pomožne bele table, z njimi pa nato svoje delo predstavijo ostalemu razredu.

Sledi faza, v kateri dijaki testirajo predlagane razlage. Najprej jih spodbujamo, da predlagajo testne poskuse. Pomembno je, da dijaki ne hitijo z izvajanjem poskusov, pač pa najprej napovejo izid posameznega poskusa na podlagi razlag, ki jih testirajo. Dijake spodbujamo, da svoje napovedi podajo v obliki tako imeno- vanega hipotetično-deduktivnega razmisleka: »Če je pravilna razlaga 1 in izvedem testni poskus A, bo izid poskusa [takšen], zato ker ...«. Na tej točki je tudi zelo pomembno, da dijake spodbujamo, da navedejo čim več predpostavk, ki so jih sprejeli pri oblikovanju razlag ali pri podajanju napovedi. Ko dijaki podajo napovedi, sledi izvedba testnih poskusov in nato primerjava izidov poskusov z napovedmi. Na podlagi teh primerjav dijaki presojajo prej predlagane različne razlage. Kadar se izid poskusa ne ujema z napovedjo, na podlagi določene razlage sledi več možnih scenarijev. Lahko se odločimo, da takšno razlago zavržemo. Druga možnost je, da premislimo o veljavnosti sprejetih predpostavk (lahko jih preverimo z dodatnimi poskusi) in na podlagi tega prvotno razlago izboljšamo/dopolnimo. Lahko pa se od- ločimo, da potrebujemo dodatna opazovanja ali dodatne informacije o opazovanem pojavu in šele potem ponovno razmišljamo o možnih razlagah [4].

Pomembno je, da se dijaki zavedajo, da če se izid poskusa ujema z napovedjo, to ne pomeni, da so ‘dokazali’, da je razlaga pravilna. Pomeni le, da je niso uspeli ovreči. Če določene razlage s serijo različnih testnih poskusov ne uspemo ovreči, jo sprejmemo kot pravilno. Diagram na Sliki 3.1 je treba razumeti kot poenostavljen prikaz znanstvenega razmišljanja. Kot nakazuje diagram, proces ni niti linearen niti cikličen. Prav tako ni nujno, da si koraki vedno sledijo v zaporedju, kot kažejo pu- ščice. Dejstvo je, da se dijaki lahko po potrebi kadarkoli vrnejo na prejšnji korak ter ponovno premislijo in dopolnijo svoje ideje.

Ko dijaki neko razlago sprejmejo kot pravilno (konstrukcija novega znanja), sledi utrjevanje znanja, kar v diagramu predstavljajo aplikativni poskusi. Z njimi dijaki pridobljeno znanje uporabijo v novih situacijah. Na podlagi novega znanja rešujejo naloge, lahko denimo vnaprej napovejo izid nekega poskusa (in potem poskus izvedejo ter primerjajo izide z napovedjo) ali pa razložijo delovanje neke naprave, česar pred učno uro niso bili zmožni [4].

Šele po konstruiranju znanja kot je opisano zgoraj, ko dijaki preko različnih aktivnosti spoznajo osnovne pojme obravnavane snovi, pride na vrsto uporaba učbenika.

Dijaki s pomočjo učbenika povežejo, utrdijo in poglobijo znanje o obravnavanih te- mah, ne služi pa jim kot osnovni vir znanja. Pomembna komponenta pristopa ISLE so tudi različne reprezentacije, ki jih dijaki uporabljajo v fazah prepoznavanja vzorcev, predlaganja različnih razlag in podajanja napovedi. Primeri reprezentacij, ki jih dijaki uporabljajo pri pouku so: diagram gibanja, diagram sil, stolpčni diagram, žarkovni diagram ipd.

ISLE se od tradicionalnih in tudi preostalih sodobnih načinov poučevanja fizike razlikuje tudi po tem, kakšno vlogo imajo poskusi pri pouku. Ti so lahko postavljeni

(30)

bodisi v vlogo opazovalnega, testnega ali aplikativnega poskusa, kot je razvidno že iz diagrama na Sliki 3.1. Za razliko od tradicionalnega načina poučevanja, v katerem na poskuse pri pouku gledamo skoraj izključno kot na demonstracijske poskuse, pri pristopu ISLE nikoli ne govorimo o demonstracijskih poskusih. Že sam izraz demonstracijski poskus pove, da ima osrednjo vlogo učitelj, ki razlaga pojave in jih predstavi – demonstrira. V pristopu ISLE imajo osrednjo vlogo dijaki.

Opazovalni poskusi dijakom nudijo priložnost, da sami opazijo nek nov pojav, ki ga nato poskusijo razložiti. Razlage testirajo s testnimi poskusi, aplikativni poskusi pa služijo za poglobitev znanja in njegovo povezovanje v koherentno celoto [3, 5].

3.2 Prikaz procesa ISLE na konkretnem primeru

Poglejmo si primer uporabe procesa ISLE v razredu. Spodnja aktivnost je opisana tudi v knjigi Investigative Science Learning Environment: When learning physics mirrors doing physics [3]. Dijaki pred izvedbo ne potrebujejo nobenega posebnega predznanja, zato je aktivnost primerna za prvo šolsko uro predmeta na vseh stopnjah izobraževanja. Z njo lahko dijake vpeljemo v način dela v ISLE razredu.

Dijakom najprej pokažemo opazovalni poskus. V suh prazen kozarec natočimo ledeno mrzlo vodo in počakamo nekaj minut. Dijaki opazijo, da se na zunanji strani kozarca naberejo drobne kapljice (Slika 3.2). Nato jih spodbudimo, naj v skupinah predlagajo čim več možnih razlag za opažen pojav.

Slika 3.2: Fotografija orošenega kozarca, ki jo lahko uporabimo kot opazovalni poskus [31].

Običajno se pojavijo naslednje razlage: (1) voda je skozi steno kozarca prišla iz notranjosti kozarca, (2) voda, ki je bila prej v steni kozarca, je prišla iz nje, (3) voda je ušla iz notranjosti kozarca in prišla na zunanjost (ne direktno skozi steno), (4) voda iz zraka se je nabrala na zunanji površini kozarca.

Nato učitelj dijake prosi, naj predlagajo testne poskuse, s katerimi lahko testirajo omenjene razlage in nato podajo tudi svoje napovedi za izide teh poskusov

(31)

3.2. Prikaz procesa ISLE na konkretnem primeru

na podlagi testiranih razlag. Tipični testni poskusi, ki jih dijaki predlagajo so: (I) uporabimo suh ohlajen kozarec, brez da vanj nalijemo vodo, (II) poskus ponovimo, le da namesto hladne vode uporabimo hladno olje (ali drugo tekočino), (III) ponovimo začetni poskus, med poskusom pa ves čas tehtamo kozarec, (IV) med izvedbo poskusa čez vrh kozarca poveznemo pokrov.

Šele po opravljenih napovedih sledi izvajanje poskusov in primerjava izidov z napovedmi. Ves ta čas učitelj dijake samo usmerja v smeri pravilnega zaporedja ko- rakov v procesu ISLE. Običajno bi želeli dijaki namreč takoj izvesti testne poskuse, vendar je pomembno, da prej podajo napovedi njihovih izidov. Tabela 3.1 prikazuje napovedi izidov testnih poskusov (II) in (III) ter njune dejanske izide. Opazimo lahko, da se izid testnega poskusa (II) sklada samo z napovedma na podlagi razlag (2) in (4). Posledično lahko na podlagi tega izida ovržemo razlagi (1) in (3). Na podlagi izida poskusa (III) lahko poleg razlag (1) in (3) ovržemo tudi razlago (2).

Ostane nam le razlaga (4), ki pravi, da se je voda iz zraka nabrala na zunanji steni kozarca. Lahko jo sprejmemo kot pravilno [3].

Tabela 3.1: Napovedi izidov testnih poskusov (II) in (III) za predlagane možne razlage. Na podlagi izidov teh dveh poskusov lahko ovržemo razlage (1), (2) in (3), razlago (4) pa sprejmemo kot pravilno [3].

Testni poskus (II): Testni poskus (III):

Uporabimo olje Med poskusom namesto vode tehtamo kozarec (1): voda je skozi steno Na zunanji strani

kozarca prišla iz kozarca se voda m_kon=m_zac notranjosti kozarca NE BO pojavila

(2): voda, ki je bila prej Na zunanji strani

v steni kozarca, je kozarca se BO m_kon=m_zac

prišla iz nje pojavila voda

(3): voda je ušla iz Na zunanji strani

mkon≤mzac

notranjosti kozarca in kozarca se voda prišla na zunanjost (ne NE BO pojavila direktno skozi steno)

(4): voda iz zraka se je Na zunanji strani

nabrala na zunanji kozarca se BO m_kon> m_zac površini kozarca pojavila voda

IZID Voda SE pojavi na

m_kon> m_zac zunanji strani kozarca

Razlage, ki jih lahko na

(1), (3) (1), (2), (3)

podlagi izida ovržemo

Pri oblikovanju napovedi izidov testnih poskusov dijake spodbujamo, da raz- mišljajo tudi o predpostavkah, ki so jih ob napovedih sprejeli. Pri napovedi izida

(32)

testnega poskusa (II), kjer namesto vode uporabijo olje, dijaki sprejmejo predpostavko, da v olju ni vode. Izid poskusa pokaže, da se na zunanji strani kozarca vseeno pojavijo vodne kapljice. Dijaki lahko na podlagi prej sprejete predpostavke ovržejo razlagi, da je voda prišla skozi steno ali preko nje. Če se pojavi dvom v veljavnost predpostavke, lahko dijaki v tej fazi preverijo, ali olje res ne vsebuje nič vode (sestavo olja lahko npr. preberejo z embalaže).

Na koncu dijake spodbudimo, da pridobljeno znanje uporabijo na praktičnem primeru. Lahko jih npr. prosimo, naj poskusijo predlagati način delovanja sobnega razvlažilca zraka, ki bi izkoriščal obravnavan pojav. Ko predstavijo svoje ideje, jim pokažemo video posnetek s kratkim opisom delovanja take naprave. Navedena aktivnost dijakom omogoča aplikacijo njihovega novega znanja in spada med aplikativne poskuse.

(33)

Poglavje 4

Obstoječe didaktične aktivnosti z radonom

Kot sem omenil že v poglavju 2.1, sta leta 1901 Julius Elster in Hans Geitel izvedla poskus, v katerem sta bakreno žico napeljala preko vrta in jo priključila na negativno napetost. Po nekaj urah sta žico odklopila in jo obrisala z usnjeno krpo, to pa položila na fotografski papir, ki je ob tem potemnel. Bila sta prva, ki sta načr- tno pripravila radioaktivni vzorec z zgoščevanjem radonovih produktov na majhno površino [32].

Pri pripravi radioaktivnih vzorcev iz radonovih produktov prevladujeta dve metodi. Prva je elektrostatsko zbiranje potomcev. Obstaja več različnih izvedb te metode, med katerimi je verjetno najbolj znan poskus z naelektrenim balonom, ki privlači prašne delce iz zraka, s tem pa tudi radonove radioaktivne potomce. Balon lahko nadomestimo tudi z drugim izolatorjem (npr. žoga za rokomet) ali prevo- dnikom (npr. kovinska folija). Druga metoda je filtracija zraka. Pri tej metodi s sesalcem skozi filter prečrpavamo zrak, s tem pa se na filtru nabirajo radioaktivni radonovi potomci.

Omenjeni metodi učitelju omogočata, da radioaktivni vzorec pridobi s koncen- triranjem radioaktivne snovi iz zraka. S tem lahko dijaki spoznajo naravno prisotno radioaktivnost, pridobljen vzorec pa lahko služi kot osnova za nadaljnje aktivnosti v razredu.

4.1 Uporaba poskusa z balonom pri pouku

Poskus, pri katerem radioaktivne delce iz zraka zberemo s pomočjo naelektrenega balona, je prvi leta 1995 v članku The Hot Balloon (Not Air) opisal Thomas A.

Walkiewicz [33]. Menil je, da se poskusi v povezavi z radioaktivnostjo dijakom zdijo nezanimivi. Radioaktivni vir, ki ga s pomočjo zbiranja radonovih potomcev lahko pripravijo sami, jih pritegne bistveno bolj, kot dolgočasni komercialni viri v obliki radioaktivnih tablet. Izkaže se, da balon kot vir radioaktivnega sevanja lahko uporabimo za celo vrsto različnih učnih aktivnosti v razredu.

(34)

Poglavje 4. Obstoječe didaktične aktivnosti z radonom

4.1.1 Opis poskusa z balonom

Običajen gumijast balon napihnemo in zatesnimo s pisarniško sponko ali podobnim predmetom. Na sponko zavežemo vrvico. Balon nato podrgnemo po celotni površini z volnenimi rokavicami, umetnim krznom ali kakšnim drugim podobnim materialom.

Priporočeni čas drgnjenja je okoli 1 minute, s čimer dosežemo kar največjo možno naelektritev balona. Nato balon s pomočjo vrvice obesimo v prostor, tako da je od sten in pohištva čimbolj oddaljen. Pomembno je, da ga obesimo v del prostora, kjer ne pričakujemo izrazitih zračnih tokov (Slika 4.1).

Slika 4.1: Fotografije treh različnih izvedb poskusa, ki prikazujejo balon v fazi izpostavljenosti zraku [34, 35, 36].

Proces nabiranja radioaktivnega materiala z elektrostatskim privlakom je bolj zapleten, kot se zdi na prvi pogled. Za boljše razumevanje tega pojava moramo upoštevati nekaj dejstev, ki jih ne bom podrobneje teoretično utemeljeval:

1. Elster in Geitel sta s poskusi že pred dobrim stoletjem ugotovila, da pozitivno naelektreno telo ne privlači radioaktivnega materiala iz zraka, pač pa to opazimo samo pri negativno nabitemu telesu [32].

2. Po razpadu radona ²²²Rn je kar 88 % polonijevih ²¹⁸Po atomov pozitivno na- bitih, preostali so električno nevtralni [37]. S to ugotovitvijo lahko razložimo tudi izid eksperimenta, ki sta ga izvedla Elster in Geitel.

3. Podrobna analiza oblike razpadne krivulje vzorca, pridobljenega z elektrostatskim privlakom, pokaže, da z elektrostatsko metodo zberemo samo polonijeve

218Po atome, preostalih radonovih produktov pa ne. ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi in ²¹⁴Po so tako na površini balona prisotni šele po razpadu polonija ²¹⁸Po [10].

(35)

4.1. Uporaba poskusa z balonom pri pouku

4. Večina materialov, s katerimi drgnemo gumijasti balon (volna, umetno krzno, lasje, ...), bo balon naelektrila negativno.

Opisana opažanja se med seboj ujemajo. Balon v našem poskusu je negativno nabit izolator, ki privlači pozitivno nabite polonijeve ²¹⁸Po ione ter aerosole in pra- šne delce iz zraka, na katere se ti ioni zalepijo. V času, ko balon še visi v prostoru, nekateri zbrani polonijevi atomi razpadejo in tako dobimo na površini balona meša- nico radonovih produktov.

Po približno 30 minutah obešen balon snamemo z vrvice, odstranimo sponko in počasi iz njega spustimo zrak. Tega ne smemo storiti prehitro, saj lahko s povr- šine balona odpade znaten del prašnih delcev in s tem radioaktivnega materiala.

Na tej točki lahko bodisi počakamo nekaj minut, ali pa takoj začnemo z meritvami aktivnosti balona s pomočjo Geiger-Müllerjevega merilnika. Z nekajminutno pavzo pred merjenjem aktivnosti dosežemo, da večino polonija ²¹⁸Po na vzorcu razpade, saj je njegov razpolovni čas enak 3,1 minute. Tako se dodatno izognemo sevanju alfa našega vzorca, saj sta svinec²¹⁴Pb in bizmut²¹⁴Bi beta sevalca. Če se odločimo za takojšen pričetek merjenja, bomo v začetku razpadne krivulje lahko celo opazili rahlo naraščanje aktivnosti. Različne načine meritev prikazuje Slika 4.2.

Slika 4.2: Merjenje aktivnosti balona pri treh različnih izvedbah poskusa. Upora- bimo lahko tudi zaščitno posodo, ki omeji sevanje ozadja (levo zgoraj). Na fotografiji desno zgoraj je balon sploščen s pomočjo dveh plastičnih plošč [31, 34, 35].

(36)

Trajanje meritev je odvisno od tega, katere lastnosti radioaktivnega balona pro- učujemo. Če želimo določiti začetno aktivnost, zadoščajo 10-minutne meritve. V primeru, da želimo izmeriti razpadno krivuljo radioaktivne snovi na balonu, so po- trebne daljše meritve, na primer od nekaj ur do nekaj dni. Pri balonu z dovolj veliko začetno aktivnostjo, lahko namreč po razpadu produktov radona ²²²Rn opazujemo tudi aktivnost, ki je posledica razpadov produktov radona ²²⁰Rn, tj. svinca ²¹²Pb in bizmuta ²¹²Bi. Slika 4.3 prikazuje krivuljo aktivnosti balona v odvisnosti od časa [34]. Navpična os prikazuje aktivnost (natančneje hitrost doze v enotahµS/h) in je v logaritemski skali, vodoravna os pa prikazuje čas, pri čemer vsak razdelek pomeni eno uro.

Slika 4.3: Aktivnost balona v odvisnosti od časa. Opazimo dve ločeni območji na razpadni krivulji: strmejši del na levi predstavlja aktivnost potomcev radona

222Rn, položnejši del na desni pa aktivnost potomcev radona ²²⁰Rn. Vsaka oznaka na vodoravni osi predstavlja časovni interval ene ure [34].

Dodatno lahko v času merjenja aktivnosti med balon in Geiger-Müllerjev števec vstavimo poljubne ščite iz materialov, kot sta papir in aluminij. S tem lahko preverimo katera vrsta ionizirajočega sevanja prevladuje na površini balona. Izkaže se, da zaznamo največ beta sevanja, medtem ko alfa delci predstavljajo manj kot petino zaznanega sevanja [36].

Pri poskusu z balonom ima zelo pomembno vlogo zračna vlaga. Če želimo na balonu nabrati čim več prahu in s tem radioaktivnega materiala, potem se v času visenja v prostoru ne sme preveč razelektriti. Že pri podobnih poskusih z elektro- statiko ugotovimo, da visoka vlaga povzroči hitrejšo razelektritev nabitega telesa.

Enako velja za poskus z balonom. Dosežemo lahko precej višje začetne aktivnosti balona, če ga obesimo v prostoru z nizko relativno zračno vlažnostjo [38].

(37)

4.1. Uporaba poskusa z balonom pri pouku

4.1.2 Možnosti uporabe poskusa z balonom v didaktične na- mene

Radioaktivni balon nudi učitelju celo vrsto možnosti za uporabo pri pouku. Že s proučevanjem samega procesa zbiranja radioaktivnega materiala na balonu lahko dijaki spoznajo naravno radioaktivnost in povežejo radioaktivne elemente iz zraka z radioaktivnimi rudami v zemeljski skorji. Izmerjena radioaktivnost balona v dijakih povzroči kognitivno neravnovesje: na eni strani balon, ki velja za nedolžen simbol zabave in na drugi strani človeku nevarna radioaktivnost [36].

Merjenje razpolovnega časa

Radioaktivni elementi, ki se naberejo na površini naelektrenega balona, so razmeroma kratkoživi, kar se lahko izkaže kot velika prednost pred komercialnimi viri sevanja. Ti imajo običajno bistveno daljši razpolovni čas. Dijaki lahko z meritvijo aktivnosti vzorca v odvisnosti od časa najprej pridejo do ugotovitve, da aktivnost s časoma pada. Nato lahko sledi še določitev efektivnega razpolovnega časa vzorca.

Z dolgotrajnejšimi meritvami lahko dijaki pridejo do krivulje, kot jo prikazuje Slika 4.3. Nato lahko določijo efektivni razpolovni čas potomcev radona ²²²Rn (levi, str- mejši del grafa) in efektivni razpolovni čas potomcev radona²²⁰Rn (desni, položnejši del grafa) [39].

Razumevanje povezave med efektivnim razpolovnim časom ter verigo razpadov radonovih produktov je običajno za večino srednješolcev prezahtevna. Take aktivnosti so morda bolj primerne za univerzitetno izobraževanje. Vseeno lahko tudi gimnazijski učitelj v poenostavljeni obliki aktivnost vpelje v svoj pouk. V tem primeru lahko dijaki sami izmerijo razpadno krivuljo (npr. v sklopu laboratorijske vaje), nato pa s pomočjo učitelja opravijo nadaljnjo analizo rezultatov meritev in določijo efektivni razpolovni čas vzorca.

Merjenje absorpcije v papirju ali aluminiju

V primeru merjenja absorpcije v različnih materialih je kratkoživost radonovih produktov lahko ovira. Za statistično stabilnost rezultata aktivnosti je potrebno meritev zajemati dovolj časa, denimo vsaj eno minuto za vsako merilno točko. Kvanti- tativne meritve absorpcije nam zato lahko hitro pokvari padajoča aktivnost vzorca.

Tako so npr. primerjave prepuščenega sevanja ob različnih debelinah papirnatega ščita praktično nemogoče. Preden opravimo meritve pri različnih debelinah papirja, aktivnost vzorca že sama po sebi pade.

Vseeno lahko učitelj vzorec radioaktivnega balona uporabi pri aktivnostih s kva- litativnimi meritvami. Dijaki lahko z vmesnim vstavljanjem papirja med balon in detektor preverijo, če morda pri vzorcu prevladuje sevanje alfa.

Dijaki, ki imajo predznanje o tipih ionizirajočega sevanja in njihovi prodornosti v različnih materialih, lahko na podlagi meritev z vstavljenim papirjem (Slika 4.4) ocenijo relativno zastopanost sevanja alfa v primerjavi s sevanjem beta in gama.

Podobno bi lahko ocenili relativno zastopanost sevanja beta, če bi poskus ponovili z nekaj milimetrov debelo aluminijasto ploščo. Pri tem mora biti učitelj pozoren na

(38)

Slika 4.4: Meritev razpadne krivulje balona, pri kateri po nekaj minutah med vzorec in merilnik vstavimo list papirja. Ker aktivnost vzorca s časom prehitro pada, dijaki na podlagi meritev ne morejo določiti razpolovne debeline materiala, lahko pa preko kvalitativnih meritev ocenijo, kateri tip sevanja prevladuje [36].

občutljivost merilnika za različne tipe sevanja.

Dijaki lahko z učiteljevo pomočjo svoje ugotovitve o relativnih zastopanostih sevanja alfa, beta in gama povežejo s tipi razpadov radioaktivnih elementov v verigi med polonijem ²¹⁸Po in svincem ²¹⁰Pb. Nekaj minut po koncu priprave balona so večina zaznanega sevanja delci β, saj sta svinec ²¹⁴Pb in bizmut ²¹⁴Bi sevalca beta, večino polonija ²¹⁸Po (sevalec alfa) pa v nekaj minutah razpade [10, 36].

Merjenje vpliva višine na koncentracijo v prostoru

D. Austen in W. Brouwer sta v sklopu preučevanja poskusa z balonom razvila tudi aktivnost za študente, s katero so proučevali, v katerih prostorih stavbe so koncentracije radona povišane. Balone so obesili v različnih prostorih tamkajšnje Univerze v Alberti. Njihove meritve so pokazale, da izmerjene aktivnosti balona padajo z nadmorsko višino prostora v stavbi. V kleti pripravljen balon je bil skoraj štirikrat bolj radioaktiven kot balon, pripravljen v desetem nadstropju [39].

Učitelj lahko take vrste aktivnosti uporabi denimo v laboratorijskem sklopu pouka ali kot projektno nalogo. Včasih meritve pokažejo, da ta metoda za ocenjevanje

(39)

4.2. Uporaba poskusa s sesalcem pri pouku

koncentracije radona ni povsem zanesljiva. Velik vpliv na aktivnost balona imata namreč zračna vlaga in prezračenost prostora v katerem obesimo balon.

Ostali primeri uporabe poskusa v didaktične namene

V osnovni izvedbi poskusa balon spustimo in šele nato izmerimo aktivnost. B.

White v svojem članku iz leta 2011 [36] predlaga aktivnost, v kateri dijaki najprej pomerijo aktivnost napihnjenega balona na nekem izbranem delu površine. Nato ocenijo, za kakšen faktor se površina balona skrči, ko iz njega spustimo zrak. Na podlagi te ocene nato napovejo aktivnost spuščenega balona, ki jo kasneje tudi pomerijo.

Slika 4.5: Rezultati raziskave vpliva zračne vlage na aktivnost balona. Meritve, označene z znakom ’+’, so bile opravljene med dežjem, z znakom ’X’ pa po dežju.

Podobno raziskavo bi lahko dijaki v šoli opravili v okviru fizikalnega krožka (povzeto po [38] z dovoljenjem združenja American Association of Physics Teachers).

Pri drugačnih oblikah pouka, kot je npr. popoldanski fizikalni krožek, lahko uči- telj dijakom pripravi aktivnost, ki vsebuje podrobnejše raziskovanje vpliva zračne vlage na rezultat poskusa z balonom. Pri tem je pomembno veliko število ponovitev poskusa v različnih vremenskih razmerah. Dijaki vodijo evidenco zračne vlage, temperature in ostalih vremenskih dejavnikov ob vsaki izvedbi poskusa. Tak projekt je tudi odlična priložnost, da učitelj dijakom predstavi kako raziskovanje nekega pojava poteka v praksi. Slika 4.5 prikazuje rezultat tovrstne raziskave iz leta 1997 [38].

Če je učitelju na voljo oprema za spektrometrijo žarkov gama, lahko dijaki s to metodo raziščejo, kateri elementi so prisotni v vzorcu. Fizikalno ozadje takega poskusa bi bilo verjetno za večino učencev prezahtevno, zato je tudi ta aktivnost bolj primerna za vključitev v dodatni pouk ali fizikalni krožek [34].

4.2 Uporaba poskusa s sesalcem pri pouku

Poskus s sesalcem spada med metode, ki za koncentriranje radonovih potomcev uporabljajo filtracijo zraka. Zgodovinsko se je pojavil že nekaj desetletij pred poskusom z balonom [14, 33]. Medtem ko obstaja veliko število variacij poskusa z balonom,

(40)

pa se poskus s sesalcem večinoma pojavlja v isti, klasični izvedbi. Ker pri obeh omenjenih poskusih pridobimo vzorca s podobnimi fizikalnimi lastnostmi, je večina opisanih didaktičnih uporab poskusa z balonom primerna tudi za poskus s sesalcem.

4.2.1 Opis poskusa s sesalcem

Na cev običajnega sobnega sesalca z lepilnim trakom ali gumico pritrdimo filter, ki je bodisi iz medicinske gaze ali kakšnega podobnega materiala (Slika 4.6). Po želji lahko filter premažemo z vazelinom. Pomembno je, da še vedno omogoča dovolj velik pretok zraka, saj se v nasprotnem primeru sesalec zaradi preobremenitve lahko pokvari.

Slika 4.6: Ena izmed izvedb poskusa s sesalcem. Na sliki vidimo filter z opazno plastjo nabranega prahu [40].

Nato prižgemo sesalec in pustimo da 30 minut prečrpava zrak skozi filter. In- terval sesanja se lahko pri različnih izvedbah razlikuje, dobro pa je, da je primerljiv z razpolovnim časom radonovih potomcev. Čas filtriranja, ki je daljši od razpolovnega časa, ni smiseln, saj v tem primeru radioaktivna snov razpada s hitrostjo, ki je primerljiva s hitrostjo dotoka nove radioaktivne snovi na filter. Po končani filtraciji filter previdno odstranimo s cevi.

Tako pripravljen vzorec lahko uporabimo za nadaljnje učne aktivnosti v razredu.

Podrobna analiza razpadne krivulje takega filtra je pokazala, da metoda filtracije zraka na vzorcu koncentrira mešanico radonovih produktov [10] V tem se razlikuje od elektrostatske metode z balonom, ki v večini nabere le polonij ²¹⁸Po. Kljub temu sta balon in filter kot radioaktivna vzorca za potrebe didaktičnih aktivnosti zelo primerljiva. Večino obstoječih aktivnosti, ki sem jih opisal v poglavju 4.1, lahko namesto z balonom izvedemo tudi s filtrom, zato jih vseh na tem mestu ne bom ponovno našteval in opisoval.

(41)

4.2. Uporaba poskusa s sesalcem pri pouku

4.2.2 Možnosti uporabe poskusa s sesalcem v didaktične na- mene

Kalibracija metode merjenja koncentracije radona s sesalcem

Pri običajni izvedbi poskusa s sesalcem končni rezultat ni absolutna koncentracija radona v prostoru, ki bi jo podali recimo v enotah pCi/l ali Bq/m³. Izmerimo lahko samo aktivnost pridobljenega vzorca v enotah cps (counts per second), torej število zaznanih radioaktivnih dogodkov na sekundo. Z uporabo dodatnega sodob- nega merilnika koncentracije radona lahko našo improvizirano napravo kalibriramo oziroma umerimo.

Univerzitetna profesorja P. Laws in J. Leutzelschwab sta leta 1994 zasnovala serijo laboratorijskih vaj za študente na temo radioaktivnosti, ki je obsegala tri dvo- urna srečanja. V drugem delu teh aktivnosti je tudi poskus s sesalcem. Študenti dobijo podrobna navodila za izvedbo poskusa, ki ga tudi izvedejo. Rezultat njihovih meritev je izmerjena razpadna krivulja vzorca, ki jo s pomočjo programske opreme sami podrobno analizirajo in grafično prikažejo [7].

Posebej zanimiv del aktivnosti je kalibracija njihove merske naprave. V skladu z navodili študenti primerjajo izmerjeno aktivnost filtra10 minutpo zaključku sesanja z dodatno meritvijo dejanske koncentracije radona v zraku, izmerjeno s komercialno napravo. Nato določijo kalibracijski koeficient naprave:

F = C

G, (4.1)

pri čemer je F kalibracijski koeficient (v enotah ^pCi/l_cpm), C je s komercialno napravo izmerjena koncentracija radona v zraku (v enotah pCi/l), Gpa je izmerjena aktivnost filtra v enajsti minuti po koncu sesanja (v enotahcpm –counts per minute). S tako kalibrirano napravo lahko študentje nato določajo koncentracije radonaC_i v ostalih prostorih:

C_i =F G_i, (4.2)

kjer je G_i aktivnost filtra iz izbranega prostora v enajsti minuti od konca sesanja [7].

Analiza filtra s spektroskopijo gama

Da bi se prepričali, kateri elementi so prisotni na filtru, lahko vzorec analiziramo tudi z gama spektroskopijo. Tudi ta aktivnost je zaradi zahtevnosti fizikalnega ozadja verjetno bolj primerna za študente, kot dijake. James A. Riley je leta 1994 za svoje študente pripravil aktivnost, pri kateri so s filtracijo najprej pripravili vzorce iz štirih različnih okolij [14]: starejše kletne učilnice, starejšega bivalnega kletnega prostora, novejše kletne učilnice in zunanjosti. Nato so eno uro merili spekter gama vseh štirih vzorcev.

(42)

Iz ujemanja energij izmerjenih vrhov in tabeliranih vrednosti energij svinca²¹⁴Pb in bizmuta ²¹⁴Bi so se lahko prepričali, da je za radioaktivnost filtra res odgovoren radon oziroma njegovi potomci. Nato so primerjali površino bizmutovega vrha pri 609 keV v vseh štirih izmerjenih vzorcih. Sprejeli so predpostavko, da je ploščina na grafu pod vsakim vrhom sorazmerna s koncentracijo radona v zraku. Pri tem so meje vrha postavili na kanala, v katerih je število zaznanih dogodkov enako polovici višine vrha. Tudi pri tej aktivnosti se načeloma lahko določi samo relativna koncentracija radona, za merjenje absolutnih vrednosti pa je potrebno napravo kalibrirati.

Meritev spektra vzorca iz zunanjega zraka je študentom omogočala, da so lahko koncentracije radona v notranjih prostorih primerjali s koncentracijo radona v zu- nanjem zraku. Te sicer niso natančno poznali, so jo pa približno ocenili na 5− 10 Bq/m³. Iz te ocene je sledila ocena za koncentracijo radona v stari kletni učilnici:

90−180 Bq/m³. Na koncu so to koncentracijo izmerili še s komercialno napravo, rezultat (164 Bq/m³) pa se je lepo ujemal z njihovo poprejšnjo oceno [14].

4.3 Drugi poskusi in didaktične aktivnosti, ki vklju- čujejo radon

Čeprav pri poskusih z radonovi potomci prevladujeta samo dve metodi koncentrira- nja, tj. elektrostatsko zbiranje potomcev in filtracija zraka, pa ima predvsem prva veliko število različnih izvedb. P. H. McGinley je leta 1973 poustvaril poskus z žico, ki je bil prvič izveden v začetku 20. stoletja. Štiri metre dolgo raztegnjeno bakreno žico je za približno dve uri priključil na napetost -20 kV ter jo nato zvil v ravnino med dva lesena diska. Njegovi študenti so se v sklopu meritev z vstavljanjem tankih aluminijevih ščitov prepričali, da so večina zaznanega sevanja delci β, nato pa so izmerili še razpadno krivuljo vzorca [41].

M. E. Bacon je pri raziskovanju elektrostatskega zbiranja radonovih potomcev leta 2003 izvedel podoben poskus, le da je namesto žice uporabil bakreno cev z zunanjim premerom 0,5 cm in dolžino 1,74 m. Priklopil jo je na napetost -5 kV in počakal, da so se na njej nabrali radonovi potomci. Čas vzorčenja je pri različnih ponovitvah poskusa spreminjal (od 10 do 60 min). Nato je cev obrisal s krpo, na- močeno v alkohol in izmeril njeno aktivnost beta. Pri tem je izračunal razmerje aktivnosti bizmuta ²¹⁴Bi in svinca ²¹⁴Pb v odvisnosti od časa vzorčenja. Ravno s tem poskusom je ugotovil, da z metodo elektrostatskega privlaka uspemo izmed radonovih potomcev zbrati samo polonij ²¹⁸Po. V sklopu raziskovanja je proučeval tudi vzorec filtra s sesalca in ugotovil, da z metodo filtriranja zberemo mešanico radonovih produktov. Zbiranje radonovih potomcev nam omogoča tudi kovinska folija, ki jo priključimo na negativni pol enosmerne električne napetosti. Namesto aktivnega oglja lahko za adsorpcijo radona uporabimo gel za lase [42].

Poskus z balonom se je idejno pravzaprav razvil iz podobnega poskusa, v katerem uporabimo rokometno žogo. J. Cowie in T. A. Walkiewicz sta leta 1992 ugotovila, da pri igri rokometa žoga sčasoma postane radioaktivna. Zaradi ponavljajočega se odbijanja od tal se žoga naelektri in začne, podobno kot naelektren balon, iz zraka pobirati atome polonija²¹⁸Po. S poskusom sta določila tudi efektivni razpolovni čas radioaktivne snovi na žogi [43].