3 Радиоактивность строительных материалов. Радон.
Радиоактивность строительных материалов обусловлена главным образом содержанием ЕРН в горных породах, которые используются в строительной промышленности в качестве минерального сырья. В строительной индустрии для изготовления цемента, теплоизоляционных плит и в качестве легких наполнителей для бетона также широко применяются побочные отходы промышленности (золы и шлаки ТЭС; шлаки черной и цветной металлургии; фосфорные шлаки химической промышленности). В ряде случаев они содержат повышенные количества ЕРН, т.к. в процессе сжигания, обогащения, химической переработки происходит концентрирование ЕРН, особенно 226Ra - продукта распада 238U.
Естественные радионуклиды, содержащиеся в строительных материалах, облучают людей. Дозы облучения существенно зависят от концентрации ЕРН, Поэтому очевидна необходимость тщательного контроля радиоактивности строительных материалов.
Особый интерес представляют уровни гамма-фона в жилых зданиях. Наименьший гамма-фон отмечается в зданиях, построенных из дерева, - до 0,5 мГр/год (100 мрад/год) и железобетонных – до 1,7 мГр/год (170 мрад/год). Усредненная мощность поглощенной дозы внутри помещений равна 6∙10-8 Гр/час (6 мкрад/час). Учитывая время пребывания человека в помещениях, выражаемое коэффициентом 0,8, можно подсчитать, что годовая эффективная эквивалентная доза за счет внешнего облучения внутри помещений составляет 2,9∙10-4 Зв (29 мбэр), а суммарная (вне и внутри помещений) годовая эффективная эквивалентная доза за счет внешнего облучения радионуклидами земного происхождения равна 3,5∙10-4 Зв (35 мбэр).
Значительную дозу облучения человек получает с вдыхаемым воздухом, находясь длительное время в непроветриваемых помещениях. Наиболее высокий вклад в дозу вносит невидимый, не имеющий вкуса и запаха газ радон (см. рис.5).
Среди изотопов радона известны Rn222 с периодом полураспада 3,823 дня, Rn220 с периодом полураспада 54,5 с, Rn219 с периодом полураспада 3,92 с. Наиболее опасным из них является радон-222, альфа-излучатель.
Просачиваясь через фундамент и пол из грунта или высвобождаясь из материалов, используемых при строительстве дома, радон скапливается в закрытых непроветриваемых помещениях (подвалах, ванных комнатах, кухнях) (рис.6).
Самые распространенные строительные материалы содержат немного радона. Это дерево, кирпич и бетон. Гораздо больше его в пемзе, граните, шлаке (побочном продукте, получаемом при переработке фосфорных руд), сухой штукатурке, строительных блоках, изготовленных из фосфогипса.
ПРИРОДНЫЙ ГАЗ
3 
ВОДА
4
НАРУЖНЫЙ ВОЗДУХ
1
0
стройматериалы и грунт под зданием
к
Бк/сут
Рис.5 Радон в зданиях.
Средняя
к
онцентрация
радона, 8,5 3,0 0,20
кБк/м
ванная комната кухня жилая комната
Радон
в разных помещениях.
Рис.6.
Много радона содержит кирпич из красной глины, полученной из отходов производства алюминия, доменные шлаки – отходы черной металлургии, зольная пыль, образующаяся при сжигании каменного угля.
Главным источником поступления радона в закрытые помещения является грунт. Концентрация радона на верхних этажах многоэтажного здания, как правило, ниже, чем на первом и цокольном этажах. Эффективным средством уменьшения высоких концентраций радона, просачивающегося через пол, являются вентиляционные установки в подвалах. Выделение радона из стен уменьшается при покрытии их тремя слоями масляной краски или слоем обоев.
Радон проникает в кухонные помещения вместе с природным газом. Снижение содержания радона в природном газе происходит при его переработке на газонаполнительных станциях и в процессе хранения. Снизить накопление радона в кухне можно с помощью местной вытяжной вентиляции.
Предметом особого разговора является питьевая вода, обогащенная радоном. Содержание его в воде многих колодцев значительно превышает20 пКи/л и нередко достигает 1000 пКи/л. Меньшее содержание радона отмечается в воде озер и рек, большее в грунтовых водах, воде глубоких скважин и некоторых минеральных источников. В незначительных дозах радон стимулирующее действует на организм, а в больших – угнетающе. Присутствующий в воде радон в –значительной степени улетучивается при приготовлении пищи и кипячении. Но даже при поступлении в организм, в основном с некипяченой водой, он быстро выводится.
Опасность для человека представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате. Исследования показали, что содержание радона в ванной комнате приблизительно в 40 раз больше, чем в жилой, а также что концентрация радона быстро, в течение 7 минут, возрастает во много раз, а восстанавливается только через 1,5 часа.
Радон, выделяющийся из почвы, воды, строительных материалов, рассеивается в воздухе. Продукты распада, т.е. дочерние продукты радона, присоединяются капелькам воды или молекулам кислорода и других газов, а затем адсорбируются на аэрозольных частицах, содержащихся в воздухе. Вдыхаемые аэрозольные частицы осаждаются в дыхательных путях. Содержании е радона в легких на 20-40% выше, чем в других тканях.
Содержание ЕРН в различных строительных материалах сравнивают по их суммарной эффективной удельной активности, которая определяется по формуле
Аэфф=АRa + 1,31ATh + 0,085AK (1)
где АRa, ATh и AK - удельные активности соответственно 226Ra, 232Th и 40К - в строительных материалах, Бк/кг.
Если
известно среднее значение эффективной
удельной активности Аэфф
(Бк/кг)
строительных материалов, использованных
при строительстве каменного здания, то
с погрешностью не более 10% можно оценить
мощность поглощенной дозы в воздухе
внутри помещения
пом
(нГр/ч):
(2)
Все строительные материалы подразделяются на 4 класса: для каждого из них ограничена область возможного использования.
Материалы I класса, для которых выполняется условие (1) или Аэфф ≤ 370 Бк/кг, могут применяться для всех видов строительства без ограничений.
Материалы 2 класса (Аэфф ≤ 740 Бк/кг) не должны использоваться в жилищном и культурно-бытовом строительстве. Они могут применяться для всех видов промышленного и дорожного строительства. При использовании этих материалов для сооружения промышленных зданий в помещениях должен быть обеспечен достаточный воздухообмен (не менее трехкратного в час).
Материалы 3 класса (Аэфф ≤ 1850 Бк/кг) пригодны в пределах населенных пунктов только для строительства подземных сооружений, в которых исключено пребывание людей (канализационные трубопроводы, коллекторы и т.д.) при условии покрытия их слоем грунта не менее 0,5 м или низкорадиоактивным материалом. За пределами населенного пункта материал может использоваться для дорожного строительства, сооружения железнодорожных насыпей, изготовления шпал, столбов и т.п.
Строительные материалы 4 класса (1850 < Аэфф ≤ 4000 Бк/кг) применяются только для подземного строительства вне населенных пунктов при условии их покрытия слоем низкорадиоактивного материала не менее 0,5 м.
Строительные материалы с Аэфф > 4000 Бк/кг не должны применяться в строительстве.
Такая квалификация позволяет правильно оценить все виды строительных материалов, включая отхода промышленного производства с различной удельной активностью радионуклидов, не увеличивая степень облучения населения. Следует иметь в виду, что нормативы относятся не к сырью, а к готовой продукции - строительным материалам (цемент, заполнитель, щебень, бетон и др.). Поэтому в тех случаях, когда сырье в процессе изготовления строительного материала подвергается обработке, которая может изменить суммарную удельную активность радионуклидов (промывка, обжиг и т.п.), нормативам должен удовлетворять продукт такой переработки.