Measurement of Radon Gas Concentration in Fertilizers and Pesticides Using the CR-39 Nuclear Trak Detector

Résumé technique : Mesure de la concentration de gaz radon dans les engrais et les pesticides à l'aide du détecteur de traces nucléaires CR-39

Énoncé du problème
Les matières radioactives naturellement présentes (NORM), spécifiquement l'$^{238}\text{U}$ et l'$^{226}\text{Ra}$, sont souvent présentes dans les produits agricoles en raison de la composition géologique des matières premières et des processus de fabrication. Les engrais, particulièrement ceux dérivés de roches phosphatées, et les pesticides peuvent agir comme des sources de libération de gaz $^{222}\text{Rn}$ (radon). Étant donné que le $^{222}\text{Rn}$ et ses produits de désintégration à vie courte contribuent de manière significative à la dose efficace annuelle de rayonnement naturel et sont liés au cancer du poumon, l'évaluation de leur concentration dans les intrants agricoles est cruciale pour la sécurité radiologique. Bien que des études antérieures aient examiné les engrais, il existe une rareté de données concernant les concentrations de $^{222}\text{Rn}$ et la concentration d'énergie alpha potentielle (PAEC) dans les engrais commerciaux et les pesticides, spécifiquement en Irak.

Méthodologie
L'étude a employé une technique de surveillance passive utilisant des détecteurs de traces nucléaires CR-39 pour mesurer les concentrations de $^{222}\text{Rn}$ et la PAEC.

• Collecte des échantillons : Un total de 29 échantillons a été collecté sur les marchés agricoles et dans les bureaux agricoles de Tikrit, dans le gouvernorat de Salah Al-Din, en Irak. Cela comprenait 16 échantillons d'engrais et 13 échantillons de pesticides provenant de différents pays d'origine (ex. : Jordanie, Arabie Saoudite, Chine, Inde, Émirats Arabes Unis, Turquie).
• Configuration expérimentale : Les échantillons (12,5 g chacun) ont été placés dans des récipients cylindriques en polypropylène scellés. Des détecteurs CR-39 (environ 1 cm²) ont été fixés à la surface intérieure du couvercle, positionnés à 7 cm au-dessus de la surface de l'échantillon.
• Exposition et traitement : Les récipients scellés ont été conservés pendant une période d'exposition de 90 jours pour permettre l'accumulation de traces de particules alpha. Après l'exposition, les détecteurs ont été gravés chimiquement dans du NaOH 6,25 N à 60 °C pendant 5 heures.
• Analyse : Les traces de particules alpha ont été comptées à l'aide d'un microscope optique à un grossissement de 400×. Les densités de traces ont été converties en concentrations de $^{222}\text{Rn}$ (Bq/m³) et en PAEC (mWL) en utilisant des facteurs de calibration spécifiques et des formules tenant compte de la géométrie de la chambre, de l'angle critique du détecteur et des constantes de désintégration.
• Analyse statistique : Des statistiques descriptives ont été calculées et le test U de Mann-Whitney a été appliqué pour comparer les paramètres radiologiques entre les groupes d'engrais et de pesticides, car les données ne suivaient pas une distribution normale (test de Shapiro-Wilk, p < 0,05).

Résultats clés

• Concentrations de radon :
  • Engrais : Les concentrations de $^{222}\text{Rn}$ variaient de 4,12 à 108,63 Bq/m³, avec une moyenne de 30,46 Bq/m³ (médiane de 34,62 Bq/m³). La valeur la plus élevée a été enregistrée dans l'engrais jordanien « Smart Fert » (F16), et la plus basse dans l'engrais saoudien « Libro » (F9).
  • Pesticides : Les concentrations variaient de 9,27 à 82,24 Bq/m³, avec une moyenne de 27,28 Bq/m³ (médiane de 16,69 Bq/m³). La valeur la plus élevée a été trouvée dans le pesticide chinois « Efecekt » (P7), et la plus basse dans le pesticide indien « Venus » (P11).
• Concentration d'énergie alpha potentielle (PAEC) :
  • Engrais : Les valeurs de PAEC variaient de 0,89 à 23,48 mWL, avec une moyenne de 8,05 mWL.
  • Pesticides : Les valeurs de PAEC variaient de 2,05 à 17,78 mWL, avec une moyenne de 5,89 mWL.
• Comparaison statistique : Bien que les échantillons d'engrais présentent des valeurs moyennes légèrement plus élevées pour la concentration de $^{222}\text{Rn}$ et la PAEC par rapport aux pesticides, le test U de Mann-Whitney a indiqué qu'il n'y avait pas de différence statistiquement significative entre les deux groupes (p = 0,2113 pour les deux variables).
• Variabilité : Des coefficients de variation élevés ont été observés pour les deux groupes (64,91 % pour les engrais et 78,41 % pour les pesticides concernant le $^{222}\text{Rn}$), attribués aux différences de composition des matières premières, de teneur en phosphate et des processus de fabrication.

Signification et revendications
La principale importance de ce travail réside dans la fourniture de la première évaluation radiologique localisée des engrais et pesticides commerciaux dans la région de Tikrit, en Irak. L'étude affirme que malgré les variations observées dans les niveaux de radioactivité parmi les différentes marques et origines, toutes les valeurs mesurées sont bien en dessous des limites de sécurité recommandées internationalement établies par l'ICRP (200 Bq/m³ pour le $^{222}\text{Rn}$) et l'UNSCEAR (53,33 mWL pour la PAEC).

Par conséquent, les auteurs concluent que les engrais et pesticides étudiés sont radiologiquement sûrs pour une utilisation dans des conditions agricoles normales et ne posent pas de menace immédiate pour la santé humaine ou l'environnement. Cependant, l'article souligne la nécessité d'une surveillance périodique pour assurer le respect continu des normes de sécurité, notant que les propriétés radiologiques dépendent fortement des matières premières spécifiques et des méthodes de production utilisées par les différents fabricants.