Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Снижения влияния активности естественных радионуклидов строительных материалов на радиационную безопасность жилища

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, доктора технических наук, Сидельникова, Ольга Петровна, Волгоград

"V.,./ - > ...с^ ..о

•У":.' * 'Т Ч' - ' ' .."7/-^ ...

На правах рукописи

СИДЕЛЬНИКОВА ОЛЬГА ПЕТРОВНА

СНИЖЕНИЕ ВЛИЯНИЯ АКТИВНОСТИ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА РАДИАЦИОННУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЛИЩА

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование

природных ресурсов (строительство)

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Волгоград - 1998 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение................................................... 1

Глава 1. Современное состояние исследований радиационных характеристик минералов и строительных материалов, влияющих на радиационный фон помещений......................... 12

1.1. Механизм биологического воздействия излучения на человека 14

1.2. Основные источники ионизирующих излучений естественного происхождения......................................................................16

1.2.1. Источники фонового облучения..................... 18

1.2.2. у-излучение естественных радионуклидов почвы и минералов ................................................................................................19

1.2.3. Излучение от радона и его дочерних продуктов........ 27

1.2.4. Внутреннее облучение.............................. 31

1.2.5. Концентрация естественных радионуклидов в строительных 34 материалах........................................

1.3. Техногенные источники ионизирующих излучений....... 43

1.3.1. Концентрация активности ЕРН в промышленных отходах, используемых в производстве строительных материалов . . 44

1.4. Мощность дозы у-излучения в помещении.............. 48

1.5. Активность радона и дочерних продуктов его распада в помещениях .........................,.'...-..........................53

1.5.1. Эксхаляция радона................................ 60

1.5.2. Коэффициенты эманирования радона в строительных материалах ........................................................................................65

1.6. Оценка защитных свойств материалов от ионизирующих излучений .....-................................................................................69

1.6.1. Анализ защитных материалов....................... 72

Выводы и заключения по главе 1 ......................... 75

Глава 2. Организация лаборатории, приборы и методы исследований 76 2.1. Создания, функции и исследования лаборатории радиационно-

го контроля..............................................................................77

2.2. Методы контроля радиоактивности, рекомендуемые для строительной отрасли........................................................ 81

2.2.1. Ионизационный метод регистрации гамма-излучения ... 82

2.2.2. Сцинтилляционный метод регистрации гамма-излучения 85

2.2.3. Методы измерения мощности дозы................... 88

2.2.4. Метод измерения объемной активности радона........ 89

2.2.5. Метод определения удельной активности ЕРН в строительных материалах с использованием анализатора импульсов (АИ) . . 90

2.2.6. Определение удельной активности ЕРН в минералах радиохимическим методом................................................................94

2.2.7. Метод расчета дозы от внешнего у-излучения.......... 97

2.2.8. Метод расчета дозы у-излучения вне и внутри помещений 98

2.2.9. Метод определения коэффициента эманирования....... 98

2.2.10. Метод определения скорости эксхаляции............. 99

2.2.11. Метод контроля радиационной безопасности в помещении.. 99

2.2.12. Метод расчета погрешности скорости счета от детектора дозиметра....................................................................................102

2.3. Дозиметрические и радиометрические приборы.......... 106

2.3.1. Приборы для измерения гамма-фона................. 106

2.3.2. Гамма-спектрометр................................ 107

2.3.3. Спектрометрический комплект для мониторинга радона 111 Выводы и заключения по главе 2......................... 112

Глава 3. Исследования активности ЕРН в минералах и строительных

материалах..............................................................................112

3.1. Содержания радионуклидов в минералах Днепропетровской и Волгоградской областях......................................................116

3.2. Исследования удельной активности ЕРН в строительных материалах и отходах промышленности........................................130

3.3. Исследование влияния тепловой обработки строительного сы-

рья на радиационную активность материалов........................140

Выводы и заключения по главе 3......................... 160

Глава 4. Исследования активности радона и мощности дозы....... 162

4.1. Исследования гамма-фона территорий и зданий ......... 162

4.2. Активность потоков радона из почвы и объемная активность

222Rn в помещениях................................................................166

Выводы и заключения по главе 4......................... 171

Глава 5. Критерии радиационной безопасности и обеспечение снижения мощности доз в помещениях.......................... 172

5.1. Критерии радиационной безопасности и их влияние на развитие строительной индустрии ................................................173

5.2. Теоретические положения и защитные средства для снижения мощности дозы в зданиях........................................................177

5.3. Защитные средства от влияния содержания в воздухе жилых помещений дочерних продуктов радона................................196

5.4. Защитные материалы от повышенного у-фона в помещениях ... 198 Выводы и заключения по главе 5......................... 201

Глава 6. Экономические аспекты снижения мощности дозы в помещениях ............................................... 202

Выводы и заключения по главе 6.....• • • ................. 206

Основные выводы и заключения по работе..................... 207

Список литературы......................................... 210

Приложения............................................... 239-369

ВВЕДЕНИЕ

Более 50 лет радиологи и физики занимаются вопросами дозиметрии и защиты от излучений. В связи с развитием атомной и ядерной физики проблемы дозиметрии и защиты, первоначально имевшие довольно узкий характер, превратились в весьма обширную область исследований, связанную со многими направлениями в науке и технике.

В 20-х годах Р.Егер и Г.Бенкен в Берлинском физико-техническом институте начали разработку основ стандартной дозиметрии, заложенных Н.Хольхузеном, впервые воспроизвели "рентген" и начали исследование проблем защиты от излучений [1]. До начала второй мировой войны физические, биологические, медицинские и биофизические институты некоторых стран провели ряд совместных исследований [2-5]. Однако исследования в области радиационной физики, связанной с радиологией, биологией и стройиндустрией, были все же ограничены и зачастую не воспринимались достаточно серьезно. Такой взгляд, препятствующий развитию радиологии, начал меняться с начала 50-х годов, когда в г. Обнинске (1954 г.) была запущена первая атомная станция и затем начали активно развиваться новые науки - радиационная биология, медицина, сельхозрадиология, радиационная химия, радиационная металлургия и др. [6]. В 60-х годах была развита идеология ученых, поддержанная правительствами СССР, Китая и других стран, о разработке ископаемых с помощью ядерных взрывов. Определенным препятствием в то время, сдерживающим или затрудняющим использование подземных ядерных взрывов в мирных целях, являлось возможное радиоактивное загрязнение окружающей среды или полезных ископаемых, добычу которых предполагалось интенсифицировать взрывом. Изучение экспериментальных данных показало [6], что "современный уровень техники (в то время) при соблюдении определенных условий позволял осуществлять подземные ядерные взрывы полностью в рамках национальных и международных норм безопасности". Эта и другие научные гипотезы дали толчок в разработке направлений комплексной организации радиационной безопасности (РБ). Было издано большое число книг и монографий по ра-

диационной защите и методам /дозиметрического контроля [7-14]. Приведены данные об излучениях радио ну клидных источников, смесей продуктов деления, изложены методы расчета защиты от у-, нейтронного, а- и р-излучений, рассмотрено влияние неоднородностей в защите на прохождение излучений, изучены возможности использования в радиационных защитах отходов промышленности [15-18].

Новая волна активной работы радиологов мира, инициированная аварией на Чернобыльской АЭС, началась в 1986 г. Во-первых, появившаяся повышенная радиационная опасность в 30-километровой зоне аварии АЭС привела правительство и соответствующие санитарные службы СССР к пересмотру существовавших тогда норм ограничений, организации РБ населения, специалистов, работающих с источниками ионизирующих излучений [19]. Во-вторых, интенсифицировались работы, связанные с контролем разработки полезных ископаемых [20]. В-третьих, в окрестностях Чернобыльской АЭС зарегистрировано вторичное загрязнение приземной атмосферы, что привело к ветровым выносам токсичной пыли с загрязненной территории в окружающие (даже дальние) районы Украины, Белоруссии, России. Таким образом, значительно сместились границы радиоактивной загрязненной зоны [22]. Последнее привело к радиоактивному загрязнению поверхности "чистых" земель, в том числе разрабатываемых карьеров сырья, которое после технологических переделов оказывается в строительных материалах и, как следствие, в помещениях, ухудшению безопасности жизнедеятельности людей. Поэтому в последнее десятилетие все больший интерес как у строителей, так и у населения стало вызывать такое физическое свойство строительных материалов, как "радиоактивность". Это связано с тем, что в "атомную эру" проблема снижения доз облучения населения приобрела глобальный характер. Одновременно в этот период миллионы тонн строительного сырья, содержащие естественные радионуклиды (ЕРН), извлекаются из недр и поступают в промышленное производство, где изменяется структура этих доз облучения [23].

Поскольку население развитых стран большую часть времени проводит внутри помещений, на дозу от природных источников ионизирующего излучения существенно влияют EPH, содержащиеся в материалах, а также особенности конструкций зданий. Содержание EPH изменяется в широких пределах, поэтому индивидуальные дозы облучения в различного типа зданиях изменяются от значений в 2 раза ниже среднего до значений в 100 раз и более превышающие среднее [22]. В связи с этим в развитых странах мира проводятся широкомасштабные исследования характера и уровня воздействия природных источников ионизирующего излучения на население [24-25]. Появилась необходимость осмысливания проблемы облучения людей природными источниками излучения в целом. Необходимо было решить задачи о дозах, которые целесообразно было бы уменьшить ценой разумных затрат. Для ограничения облучения населения природными источниками проведена разработка специальных подходов и принципов, закономерности формирования дозы излучения и их причин , а также способы снижения этих доз. В 1974 г. Комиссия по атомной энергии Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) рекомендовала проведение таких исследований во всех странах сообщества и приняла программу сопоставления методов исследований. В 1976 г. в СССР Минздрав утвердил "Программу санитарно-гигиенических обследований радиоактивности внешней среды за счет источников естественного происхождения с оценкой доз внешнего и внутреннего облучения населения". Результаты исследований доложены на международных совещаниях и конференциях [2934] . Далее, в 1992 г Правительство Украины, а в 1994 г Правительство РФ издало постановление о федеральной целевой программе "Радон" [35, 36]. Программа, период которой продлен до 1999 г , основана на анализе состояния здоровья населения, факторов накопления EPH на местности, создающих дополнительную радиационную опасность для людей.

Коллективная доза для населения РФ от природных источников составляет около 50 млн. чел. -бэр/год, что в 300 раз больше дозы, получаемой вследствие аварии на Чернобыльской АЭС. Ожидаемые медицинские по-

следствия облучения населения (прирост онкологических заболеваний и генетических эффектов) пропорциональны величине коллективной дозы [37].

Природные источники радиации воздействуют на людей как в коммунальной, так и в производственной сферах. Наибольшую долю в облучение населения вносят радон и продукты его распада, находящиеся в воздухе помещений. По предварительной оценке, около 1 % населения (1,5 млн. человек) получает от радона эффективную эквивалентную дозу более 6-12 мЗв/год. По данным МКРЗ и Научного комитета ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН), около 20 % всех заболеваний раком легкого обусловлено радоном и его дочерними продуктами [38, 39].

Проведенные к настоящему времени в небольшом объеме исследования свидетельствуют о наличии в РФ ряда районов, опасных по природным источникам ионизирующего излучения (г.г. Красноармейск, Белокуриха, Пятигорск, Выборг и др.) [36]. Содержание радона и продуктов его распада в жилых и общественных зданиях этих районов в десятки и сотни раз превышают действующие гигиенические нормативы [40].

Поэтому основной целью программы "Радон" является предотвращение техногенного загрязнения окружающей среды природными радионуклидами и минимизация их вредного воздействия на здоровье населения на территории РФ. Реализация научно-технической программы "Радон" способствует решению одной из наиболее важных проблем обеспечения радиационной безопасности населения, практических задач горнодобывающих, перерабатывающих минеральное сырье и топливно-энергетических отраслей хозяйства и строительной индустрии в части, касающейся радиационной защиты населения и предотвращения техногенного загрязнения окружающей среды природными радионуклидами.

Важность этой работы и ее правовые основы были определены в 1996 г. Федеральным законом "О радиационной безопасности населения" [41].

Проблема радиоактивности строительных материалов рассматривается с двух взаимосвязанных точек зрения: радиационно-гигиенической и технологической. Первая регламентирует допустимые радиационные параметры

на строительные материалы и систему контроля, вторая должна обеспечить выработку и принятия суммы технических и технологических решений, при которых эти параметры будут выдержаны, а дозы облучения окажутся настолько низкими, насколько это достижимо с учетом приемлемых технико-экономических показателей.

• Объектами контроля должны быть как сырье строительных материалов, так и завершенные строительные конструкции и здания. Рассматривая это объективное суждение, следует подчеркнуть, что радиационный контроль сырья и строительных материалов может обеспечить принятие альтернативных решений на стадии проектирования сооружений. В противном случае радиационный контроль только внутри готовых зданий может привести к крупным экономическим затратам. Поэтому задача создания радиационного дозиметрического контроля строительных материалов может решаться наиболее естественно, если рассматривать радиоактивность строительных материалов как подлежащее контролю физическое свойство (как прочность, истираемость и т. п.).Тогда к проверяемым определенным физико-механическим или химическим показателям качества строительных материалов добавляется еще один.

Трудность заключается в том, что специалисты стройиндустрии (проектировщики, технологи, строители) чрезвычайно мало информированы об этой физической характеристике строительных материалов, о концентрации радиоактивности в строительном сырье и методах ее контроля, наконец о действующих в России и за рубежом нормативных документах.

Актуальность. Природные источники ионизирующего излучения вносят основной вклад в дозу облучения населения. Средняя эффективная эквивалентная доза, обусловленная природными источниками составляет около 2/3 дозы от всех источников ионизирующего излучения, воздействующих в настоящее время на человека. Поскольку население развитых стран мира большую часть времени проводит внутри помещений, на дозу от природных источников излучения существенно влияют естественные радионуклиды, содержащиеся в строительных материалах. Не только содержание и активность радионуклидов в регионах меняется в широких пределах, но и ин-

дивидуальные дозы в зданиях, построенных из различных материалов. Поэтому исследования радиационных характеристик строительных материалов помещений, разработка методов, средств и рекомендаций по их снижению являются актуальной задачей. Это связано с отсутствием теоретической базы снижения мощности дозы в помещениях с учетом эффективной удельной активности отделочных материалов.

Решение проблемы снижения радиационной опасности жилища может быть осуществлено путем комплексных исследований активности радионуклидов добываемых минералов, их изменения в процессе производства материалов для домостроения и, наконец, суммарной эффективной активности и мощности дозы в строящихся и эксплуатируемых помещениях. Чрезвычайно важным этапом решения комплексной проблемы является разработка новых и определение реализуемых на рынке материалов с низкими эффективными удельными активностями для снижения мощностей доз в помещениях и защиты населения.

Данная работа на Украине выполнялась в соответствии с целевой национальной программой "Радон". В России, в частности по Волгоградской области, работа выполнялась в соответствии с Постановлением Правительства РФ о