Добавил:
YagamiRam
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Лабораторные работы / Метода по 7 и 8 лабам_Радон
.pdf
Практическая работа 7
РАДОН И ПРОДУКТЫ ЕГО РАСПАДА
Вклад радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) в
эффективную дозу облучения населения значительно превышает вклад профессионального облучения (0,006 мЗв/год),
испытаний ядерного оружия (0,02 мЗв/год), атомной энергетики (0,008 мЗв/год) и лишь немного уступает вкладу рентгенодиагностики (1,65 мЗв/год).
В 1977 г. Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР) определил радон как основной источник радиационной опасности для населения. Таким образом, снижение
воздействия радона и его ДПР является одним из наиболее
эффективных путей ограничения облучения населения и соответственно одной из приоритетных задач радиационной безопасности.
Радон – одноатомный газ без цвета и запаха, является самым тяжёлым из инертных газов (
Имеются 4 природных изотопа радона:
218
Rn (все α-излучатели). Радий-226 является одним из до-
и
в 7,5 раз тяжелее воздуха).
222
Rn,
220
Rn,
219
Rn
черних продуктов распада урана-238 (рис. 7.1). Радон-222 образуется при распаде радия-226 (рис 7.2).
Распространённость изотопов радона
в различных средах
Объёмная активность
ного воздуха над сушей в разных регионах варьирует в ос-
222
Rn в приземном слое атмосфер-
95
новном в пределах от 1 до 10 Бк/м3 (в среднем 3,7 Бк/м3), но
известны территории, где она может достигать 100 и более
Бк/м3.
Изотопы радона поступают в атмосферу главным образом из почвы. В приземном слое атмосферы концентрация
изотопов радона определяется величиной его эксхаляции из
почвы (грунта) и атмосферным разбавлением.
Эксхаляцией (или скоростью эксхаляции) радона называется плотность его потока из почвы (грунта) в атмосферу, которая выражается активностью радона, поступающей с единицы поверхности почвы (грунта) в единицу времени [Бк/(м2 ⋅ с)].
Скорость эксхаляции
222
Rn из почв и земных пород ле-
жит в основном в пределах от 1 до 70 мБк/(м2 ⋅ с).
Эксхаляция из почвы и объёмная активность
222
Rn в ат-
мосферном воздухе подвержены существенным суточным и
сезонным колебаниям. Эксхаляция существенно зависит от
метеорологических условий – увеличивается при повышении
температуры, солнечной погоде, ветре и пониженном давлении и уменьшается при промерзании почвы, выпадении дождя и наличии снежного покрова.
Объёмная активность
222
Rn в подпочвенном воздухе ле-
жит чаще всего в пределах от 2000 до 50 000 Бк/м3, хотя встречаются регионы и с более высоким уровнем – до 1 млн Бк/м
и выше. Таким образом, объёмная активность
почвенном воздухе превышает содержание
ном слое атмосферы в среднем в 10
3
-104 раз.
222
Rn в под-
222
Rn в призем-
Выделение изотопов Rn в воздух или в другую среду из
твёрдых веществ, содержащих изотопы радия, называется
эманированием.
Эманирующая способность вещества определяется количеством изотопов радона, выделившимся из единицы массы вещества. Отношение числа атомов изотопов радона, выделившихся во внешнее пространство, ко всему образовав-
3
96
шемуся числу атомов изотопов радона в веществе за этот же
промежуток времени называется коэффициентом эманирования (выражается в процентах или десятичной дробью).
238
237
236
235
234
233
232
231
Массовое число
230
229
228
227
226
Ra
1600 лет
Радий Актиний Торий Протактиний Уран
Ra Ac Th Pa U
88 89 90 91 92
Элемент и его порядковый номер
UXI
24,1 дня
Io
8,0*104 лет
UX2
1,14 мин
UZ
6,7 часа
Рис. 7.1. Схема распада природного радионуклида урана-238
UI
4,46*109лет
UII
2,48*105 лет
Высокие объёмные активности
духе подземных рудников, особенно тех, где имеются радиоактивные горные породы. В шахтах, где добывается радиоактивная руда, содержание Rn в воздухе при отсутствии вентиляции может достигать 1 млн Бк/м3 и выше.
97
222
Rn обнаружены в воз-
Объёмная активность
222
Rn в природных водах колеб-
лется в широком диапазоне и составляет в среднем 370 Бк/м3
для речной и озёрной воды, 1100 Бк/м3 для морской воды,
3700 – 370 000 Бк/м3 для грунтовых вод.
Содержание радона в водопроводной воде обычно составляет несколько тысяч Бк/м3, если только в системе водоснабжения не используется вода из артезианских скважин, имеющая содержание радона до нескольких миллионов Бк/м3. По оценке Научного комитета по действию атомной радиации (НКДАР) ООН, от 1 до 10% населения Земли
потребляют воду с объёмной активностью радона порядка
100 000 Бк/м3 и выше.
Воды с высоким содержанием радона (в виде радоновых
ванн, ингаляций и питья) используют в лечебных целях при
различных, преимущественно хронических, заболеваниях кожи, органов дыхания и пищеварения. Для приёма радоновых
ванн обычно применяют радоновые воды с содержанием радона 1,5-3 МБк/м3 (продолжительность процедуры 5-20 мин).
Основными источниками
222
Rn в воздухе помещений
является поступление его из почвы под зданием (это обеспечивает обычно 90% от содержания радона в помещениях,
расположенных на первых этажах) и из строительных материалов (10%). В связи с этим в многоэтажных домах наибольшее содержание радона отмечается в подвалах и помещениях первого этажа.
Объёмная активность
222
Rn в воздухе помещений обыч-
но в 4-6, а в подвальном воздухе – в 8-25 раз выше, чем в ат-
222
мосферном воздухе. В среднем объёмная активность
Rn в
воздухе помещений составляет 20-60 Бк/м3. В некоторых регионах (например, в Швеции, а на территории России – в Алтайском и Ставропольском краях, Читинской, Иркутской и
Свердловской областях) достигает в ряде населённых пунктов нескольких тысяч или даже десятков тысяч Бк/м
3
. В Мо-
сковской области средняя объёмная активность радона на
первых этажах жилых зданий (городское население) состав-
98
ляет 36 Бк/м3; в Алтайском крае (сельское и городское население) – около 200 Бк/м3.
Наибольшие уровни радона отмечаются в одноэтажных
домах сельского типа, расположенных прямо на земле, с земляными подвалами или подпольными пространствами. К повышению концентрации радона приводит отсутствие вентиляции и тщательная герметизация помещений с целью утепления, что особенно характерно для регионов с холодным
климатом.
Среди строительных материалов наибольшую опасность
в отношении выделения радона представляют горные породы вулканического происхождения, включая гранит, пемзу
(применяется в качестве заполнителя бетона), туф, а наименьшую – дерево, известняк, мрамор, природный гипс.
В заключение следует отметить, что в странах с умеренным и холодным климатом человек проводит в помещении в среднем 80% времени, неизбежно подвергаясь при
этом более сильному воздействию изотопов радона, чем вне
здания. Поэтому контроль радоновой безопасности жилищ и
других помещений является исключительно важным мероприятием, необходимым для обеспечения радиационной
безопасности населения.
Радиоактивный газ торон, обозначаемый как
220
Rn, является одним из изотопов в цепи распада тория
220
Tn или
(рис. 7.3).
Природный радионуклид торий
232
Th является родона-
чальником радиоактивного ряда тория (ряд 4n). Природный
232
Th имеет период полураспада Т
= 1,32·1010 лет. При
1/2
распаде испускает альфа-частицы. При распаде торона образуется ряд дочерних радиоактивных изотопов, в том чис-
220
ле и
Tn.
Закономерности накопления торона и его ДПР в воздухе
помещений отличаются от таковых для радона. Главным образом эти различия связаны с тем, что торон имеет значительно более короткий период полураспада – 55,6 с против
99
226
Ra
1600 лет
225
224
223
222
Rn
3,82 сут
221
220
219
218
RaA
3,05 мин
At
1,3 с
217
216
215
214
213
Массовое число
RaB
26,8 мин
RaC
19,9 мин
RaC'
164 мкс
212
211
210
RaC''
1,30 мин
RaD
22,3 года
RaE
5,01 сут
RaF
138,38 сут
209
208
Условные обозначения
207
206
RaE''
4,2 мин
RaG
(стабилен)
Нуклид
T
1/2
β–-распад
205
204
203
202
Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий
№ 81 № 82 № 83 № 84 № 85 № 86 № 87 № 88
Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra
Элемент и его порядковый номер
α-распад
Серым цветом отмечены
нуклиды основного пути распада
Рис. 7.2. Схема образования и распада радона (
222
Rn)
100
224
223
222
221
220
219
218
217
216
215
214
213
Массовое число
212
211
210
209
ThC''
208
3,053 мин
207
206
205
Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий
№ 81 № 82 № 83 № 84 № 85 № 86 № 87 № 88
Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra
ThB
10,64 ч
ThD
(стабилен)
ThC
60,55 мин
Элемент и его порядковый номер
ThA
0,158 с
ThC'
0,305 мкс
Tn
55,6 с
Условные обозначения
Нуклид
T
1/2
α-распад
Ra
3,66 сут
β–-распад
Рис. 7.3. Схема образования и распада торона (
220
Tn)
3,823 сут. у радона. Поэтому эксхаляция торона из почвы под
зданием не вносит существенного вклада в объёмную активность торона в воздухе помещения, так как за время диффузии
через щели в полу он практически полностью распадается.
Основной вклад вносит эксхаляция из строительных материалов, причём только с их самого поверхностного слоя.
101
Биологическое действие изотопов радона и его ДПР.
Биологическое действие изотопов радона и его короткоживущих ДПР обусловлено возникающим при их распаде ионизирующим излучением – в первую очередь α-излучением, биологическая эффективность которого в 20 раз выше, чем у γ- и
β
-излучений.
Основным последствием хронического воздействия изо-
топов радона и их ДПР на организм человека и животных
является рак лёгких.
Единицы экспозиции дочерними продуктами распада
изотопов радона и переход от экспозиции к эффективной
дозе. Экспозиция дочерними продуктами распада радона на-
селения, пребывающего в помещениях с эквивалентной рав-
новесной объёмной активностью (ЭРОАRn), равной 16 Бк/м3
(средний мировой уровень), составляет за 1 год (с учётом того, что человек находится в помещении 80% времени, т.е.
примерно 7000 ч в год, и без учёта воздействия радона вне
помещения):
16 Бк/м3 × 7000 ч = 1,12·105 Бк ⋅ ч/м3.
Для населения, пребывающего в помещениях с ЭРОАRn,
равной 200 Бк/м3, экспозиция за 1 год составит:
200 Бк/м3 × 7000 ч = 14·105 Бк ⋅ ч/м3 .
Это показывает важность мониторинга ДПР изотопов
радона в жилых домах и других помещениях, в которых человек проводит большую часть жизни.
Переход от экспозиции к эффективной дозе. Посколь-
ку облучение ДПР радона нормируется в единицах эффективной дозы, представляют интерес коэффициенты перехода
от экспозиции к эффективной дозе.
102
В соответствии с дозиметрическим подходом экспози-
ция ДПР радона в 1 Бк ⋅ ч/м3 эквивалентна эффективной дозе
8,0 нЗв для работников и 6,1 нЗв для населения.
Для ДПР торона экспозиция ДПР торона в 1 Бк ⋅ ч/м3
эквивалентна для работников эффективной дозе 36 нЗв.
Нормирование ДПР изотопов радона в воздухе жи-
лых и общественных зданий. Нормирование ДПР изотопов
радона в воздухе жилых и общественных зданий осуществляется по среднегодовой эквивалентной равновесной объёмной активности ДПР изотопов радона (ЭРОА
Rn,Tn
) (7.1):
ЭРОА
= ЭРОАRn + 4,6 · ЭРОАTn, (7.1)
Rn,Tn
которая пропорциональна эффективной дозе облучения, получаемой от ДПР изотопов радона, находящихся в воздухе.
ЭРОА ДПР радона (или для краткости – ЭРОА радона)
представляет взвешенную сумму объёмных активностей
RaA, RaB и RaC:
ЭРОАRn = 0,10 А
+ 0,52 А
RaA
+ 0,38 А
RaB
, (7.2)
RaC
а ЭРОА ДПР торона (или для краткости – ЭРОА торона) –
взвешенную сумму объёмных активностей ThB и ThC (7.3):
ЭРОА
= 0,91 А
Tn
+ 0,09 А
ThB
. (7.3)
ThC
В соответствии с Нормами радиационной безопасности
(НРБ-99/2009) при проектировании новых зданий жилищно-
го и общественного назначения должно быть предусмотрено,
чтобы среднегодовая ЭРОА ДПР радона и торона в воздухе
помещений не превышала 100 Бк/м
3
:
ЭРОА
= ЭРОАRn + 4,6 · ЭРОАTn ≤ 100 Бк/м3. (7.4)
Rn,Tn
103
В эксплуатируемых зданиях среднегодовая ЭРОА ДПР
радона и торона в воздухе жилых помещений не должна превышать 200 Бк/м3:
ЭРОА
= ЭРОАRn + 4,6 · ЭРОАTn ≤ 200 Бк/м3. (7.5)
Rn,Tn
При более высоких значениях среднегодовой ЭРОА
ДПР радона и торона должны проводиться защитные мероприятия, направленные на снижение поступления радона и
торона в воздух помещений и улучшение вентиляции помещений.
Нормирование ДПР изотопов радона в воздухе на
производствах, где воздействие ДПР радона относится к
природному облучению. В соответствии с НРБ-99/2009 эф-
фективная доза облучения работников, включая персонал,
природными источниками излучения не должна превышать в
производственных условиях (для любых профессий и производств) 5 мЗв в год.
Этой дозе при монофакторном воздействии (при про-
должительности работы 2000 ч/год и средней скорости дыхания 1,2 м3/ч) соответствуют ЭРОАRn и ЭРОАTn в воздухе
зоны дыхания, равные 310 Бк/м3 и 68 Бк/м3 соответственно.
Нормирование ДПР изотопов радона в воздухе на
производствах, где воздействие ДПР радона относится к
техногенному облучению. В соответствии с НРБ-99/2009
(Нормы…, 2009) для персонала группы А значения предела
годового поступления (ПГП) и допустимой среднегодовой
объёмной активности (ДОА) ДПР изотопов радона составляют (исходя из основного дозового предела – 20 мЗв в год
продолжительности работы 1700 ч/год и средней скорости
дыхания 1,5 м3/ч):
¾ ПГП ДПР радона:
0,10П
+ 0,52П
RaA
+ 0,38П
RaB
104
= 3,0 МБк, (7.6)
RaC
,
Соседние файлы в папке Лабораторные работы