Основные проблемы радоновой безопасности
1.
Общие сведения про радон
Радон – элемент главной подгруппы
восьмой группы, шестого периода периодической системы химических элементов
Д.И.Менделеева, с атомным номером 86. Обозначается символом Rn (Radon). Простое вещество радон в
нормальных условиях – бесцветный инертный газ, радиоактивен, может представлять
опасность для здоровья и жизни. При комнатной температуре является одним из
самых тяжелых газов. Наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада 3,8 суток.
Радон – радиоактивный одноатомный газ
без цвета и запаха. Растворимость в воде 460 мл/л; в органических
растворителях, в жировой ткани человека растворимость радона в десятки раз
выше, чем в воде. Газ хорошо просачивается сквозь полимерные плёнки. Легко
адсорбируется активированным углем и силикагелем. Собственная радиоактивность
радона вызывает его флюоресценцию. Газообразный и жидкий радон флюоресцирует
голубым светом, у твердого радона при охлаждении до азотных температур цвет
флюоресценции становится сперва желтым, затем красно-оранжевым.
Входит в состав радиоактивных рядов 238U, 235U и 232Th. Ядра радона постоянно возникают в
природе при радиоактивном распаде материнских ядер. Равновесное содержание в
земной коре 7*10-16 % по массе. Ввиду химической инертности радон
относительно легко покидает кристаллическую решетку «родительского» минерала и
попадает в подземные воды, природные газы и воздух. Поскольку наиболее
долгоживущим из четырёх природных изотопов радона является 222Rn, именно его содержание в этих средах
максимально.
Концентрация радона в воздухе
зависит, в первую очередь, от геологической обстановки ( так, граниты, в
которых много урана, являются активными источниками радона, в то же время над
поверхностью морей радона мало), а так же от погоды (во время дождя
микротрещины, по которым радон поступает из почвы, заполняются водой; снежный
покров также препятствует доступу радона в воздух). Перед землетрясениями
наблюдалось повышение концентрации
радона в воздухе, вероятно, благодаря более активному обмену воздуха в грунте
ввиду роста микросейсмической активности.
Радон используется в медицине для
приготовления радоновых ванн. Радон используется в сельском хозяйстве для
активации корма домашних животных, в металлургии в качестве индикатора при определении
скорости газовых потоков в доменных печах, газопроводах. В геологии измерение
содержания радона в воздухе и воде применяется для поиска месторождений урана и
тория, в гидрологии – для исследования взаимодействия грунтовых и речных вод.
Динамика концентрации радона в подземных водах может применятся для прогноза
землетрясений.
Попадая в организм человека, радон
способствует процессам, приводящим к раку лёгких. Распад ядер радона и его
дочерних изотопов в легочной ткани вызывает микроожог, поскольку вся
энергия альфа-частиц поглощается
практически в точке распада. Особенно опасно (повышает риск заболевания)
сочетание радона и курения. Считается что радон – второй по частоте (после
курения) фактор, вызывающий рак легких преимущественно бронхогенного
(центрального) типа. Рак лёгких, вызванный радоновым облучением, является
шестой по частоте причиной смерти от
рака.
Радионуклиды радона обуславливают
более половины всей дозы радиации, которую в среднем получает организм человека
от природных и техногенных радионуклидов окружающей среды. В настоящее время во
многих странах проводят экологический мониторинг концентрации радона в зданиях,
так как в районах геологических разломов его концентрации в помещениях зданий
могут носить характер и существенно превышать средние значения по остальным
регионам. Предельно допустимое
поступление радона-222 через органы дыхания
равно 146 МБк/год.
Радиоактивные продукты деления радона
Известно 16 изотопов радона, из
которых наиболее распространённым является радон с массовым числом 222.
Радон-222 с периодом полураспада 3,82 суток связан с радиоактивным семейством
урана-238. продукты распада радона после их образования представляют собой
положительно заряженные ионы, которые легко захватываются различными
поверхностями, или аэрозольными частицами. В воздухе они могут находиться в
двух различных формах:
А) в виде элементарным ионов или
отдельных атомов.
Б) в виде атомов, осевших на
аэрозольные частицы, находящиеся в воздухе.
Радон и торон попадают в атмосферу
через границу раздела почва-воздух или строительный материал-воздух. Вклад
других источников (океан, подземные воды, природный газ) мал. Поскольку в
грунтах и большинстве добытых из недр строительным материалов концентрации
радона и торона в 103 - 104 раз выше, чем в атмосфере, то
градиентных концентраций также очень высок. Поток радона из почв определяют 2
процесса:
1)
выход
из твёрдых минеральных зерен в поры, заполненные воздухом – эманирование;
2)
непосредственный
перенос через поры грунтов в атмосферу.
Эманирующая способность. После
распада урана в составе грунтов возникшие атомы изотопов радона выходят в поры,
заполненные воздухом. Доля радона, которая смогла проникнуть в поры,
характеризует эманирующую способность грунта. Эманирование определяется двумя
процессами: отдачей и диффузией. Основным фактором эманирования является
отдача.
Прежде чем оказаться в атмосфере,
радон или торон должны миновать поры грунта. Этот процесс должен закончиться до
полного радиоактивного распада газов. Перенос определяется двумя основными механизмами:
диффузией и конвективным потоком.
Радионуклиды, входящие в состав
атмосферы, можно разделить на несколько групп:
1.
Эманации
и продукты их распада, поступающие в атмосферу в результате эксгаляции с
поверхности почв континентов и островов и, в значительно меньшей степени, с
водной поверхности.
2.
Радионуклиды,
образующиеся в атмосфере под воздействием космического излучения (7Be, 10Be, 14C, 3H, 32P, 33P, 36Cl, 38Cl и др.) Максимум их концентраций
наблюдается на высоте 15-20 км.
3.
Радионуклиды,
попадающие в атмосферу с космической пылью. Максимум их концентраций
наблюдается в зоне испарения микрометеоритов на высоте 80 – 100 км.
4.
Природные
радиоактивные аэрозоли, попадающие в атмосферу с земной и водной поверхности.
5.
Искусственные
радионуклиды, поступающие в атмосферу в результате деятельности человека.
Число атомов продуктов распада
радона, содержащихся в воздухе, намного меньше числа аэрозольных частиц. Над
сушей концентрации радона и короткоживущих продуктов распада убывают с высотой.
Поскольку радон имеет относительно большой период полураспада, он и
короткоживущие продукты его распада распространяются по всей тропосфере.
Торон (изотоп радона - 220Rn, относящийся к ториевому ряду и
имеющий период полураспада 54,5 с) находится, в основном, в непосредственной
близости к земной поверхности, а продукт его распада – свинец-212 (период
полураспада 10,6 ч) – проникает в нижние слои тропосферы. Радиоактивное
равновесие между радоном и короткоживущими продуктами его распада
устанавливается на высоте около 100 км.
Концентрации радона и его дочерних
продуктов в зданиях выше, чем в свободной атмосфере. Радон поступает в
помещение из почвы и стен. Дочерние продукты радона и торона непрерывно
образуются в виде положительно заряженных атомов, которые быстро оседают на поверхностях
интерьера или аэрозольных частиц. Образовавшиеся радиоактивные аэрозоли
удаляются за счет вентиляции и сухого
выпадения.
2. Методика исследований
Измерения объемных активностей (ОА)
радона и торона в воздухе подпочвенных грунтов позволяют проводить массовые
оперативные обследования территории по уровням ОА радона и торона. Объемную
активность подпочвенного радона и торона измеряли радиометром альфа-активных
газов РГА-01 «Глициния».
Статистическая обработка данных
измерений ОА подпочвенного радона и торона по профилям эманационной сьемки
сводилась к усреднению фактических значений ОА скользящим окном, включая 3
замера. Такая методика решала две основные задачи. Как известно, при больших
усреднениях (5, 7) происходит генерализация значений ОА радона и торона, что
позволяет уверенно
определять участки с аномальными уровнями концентраций радиоактивных газов. Более
того, при усреднении данных с окном, включающим 7 замеров, более надежно
определяется уровень нормального поля путем простого усреднения. Этот уровень,
как правило, сохраняется и для других окон.
Определения уровней ЭРОА радона и
торона проводят в воздухе помещений с использованием аспирационных методик
В предприятии «Кировгеология» создан
отечественный портативный радиометр РГА-11, это дало возможность выполнять
массовые определения ЭРОА 222Rn и ОА его ДПР. Радиометр РГА-11
применяется для определения в воздухе ЭРОА 222Rn, ЭРОА 220Rn (торона) и ОА ДПР 222Rn – 218Po, 214Pb, 214Bi и торона 220Rn – 212Bb. В результате продувки воздуха через
фильтр на его поверхности накапливаются аэорозоли, в том числе и радиоактивные.
Для выполнения измерений альфа-излучения радионуклидов фильтр размещают в
гнездо кассеты радиометра активной поверхностью к полупроводниковому детектору.
Результаты измерений отображаются на цифровом табло. Радиометр РГА-11 позволяет определять ЭРОА
радона по известному методу Маркова-Терентьева.
Существующие приборы для исследования
и мониторинга радона можно разделить на 3 группы:
1.
измерители
текущих (мгновенных) значений;
2.
накопители
(интеграторы), накапливающие результат воздействия облучения за более или менее
длительный промежуток времени (обычно от нескольких дней до года);
3.
измерители
непрерывного действия, работающие непрерывно в течение длительного промежутка
времени и через определенные интервалы времени записывающие в память прибора
результаты, накопленные за данный интервал. Чаще всего за интервал времени
принимается 1 час.
Измерители текущих значений:
Прибор Рамон-01,
разработка ВНИИФТРИ (Россия). Прибор аспирационного типа.
РГА-11, КП «Кировгеология»
(Украина)
Прибор РРА-10,
НТМ-Защита (Россия) – аспирационного типа, имеет микропроцессорное управление и
возможности спектральных измерений. Спектры выводятся на ПК.
Накопители
В настоящее время при экспертизе
помещений наиболее широко используются приборы накопительного типа. В части из
них в качестве детекторов-накопителей применяются устройства неэлектронного
типа: активированный уголь и пленки, чувствительные к альфа-излучению.
Активированный уголь используется при небольших интервалах накопления (обычно 2
– 6 дней). Поступающий в детектор радон адсорбируется на поверхности угля и
после экспозиции регистрируется по гамма-излучению продуктов его распада. При
больших временах накопления, от 10 дней до года, используют пленочные
(трековые) детекторы.
РГА-04 фирмы НТМ-Защита (Россия).
Прибор определяет ОА радона, управляется с помощью микропроцессора, имеет
память на 8000 результатов измерений и выход на ПК. Недостаток – невысокая
чувствительность.
Наилучшим для
индивидуальных пользователей считают прибор Pro Series 11 фирмы SafetySyren (США). Он
показывает значение двух величин : среднюю ОА радона за последние – 7 дней и
среднюю ОА с момента включения (до 5 лет).
В последние годы вызывают интерес
приборы на основе электретов. В них используется разряд поляризованных
электретов благодаря ионизации воздуха альфа-частицами при распаде радона.
Наиболее совершенными из них представляются приборы фирмы Rad Elec Inc. (США) SPER-1 и SPER-2.
Измерители непрерывного действия
Все измерители непрерывного действия
имеют микропроцессорное управление, большие обьемы памяти и выход на ПК.
Детекторами в них служат ионизационные камеры либо кремниевые детекторы
альфа-частиц. В части из них не используется какой-либо механизм
концентрирования радионуклидов, т.е. их концентрация в ионизационной камере или
перед поверхностью кремниевого детектора такая же как в воздухе помещения.
Такие приборы имеют малую чувствительность. Если же используется осаждение ДПР
на фильтре или их электроосаждение, чувствительность может быть значительно
повышена. Рассмотрим ряд современных приборов.
Модель RadStar RS500 фирмы AccuStar (США) имеет
кремниевый детектор. В детекторную камеру поступает как радон, так и ДПР.
Система концентрирования ДПР
отсутствует. Временной интервал накопления варьируется в широких пределах – от
часа до 41 дня. Спектрометрия отсутствует. Запоминаются результаты, полученные
в 64 интервалах. К недостаткам можно отнести невысокую чувствительность, малый
объем памяти, небольшой ресурс автономного электропитания.
Модель 1027 фирмы Sun Nuclear (США) считается
наиболее популярным профессиональным прибором для мониторинга радона. ДПР не
детектируется. Используется кремниевый детектор. Прибор рассчитывает средние
значения ОА с момента включения и за последние 12 часов. Оба прибора при
небольших ОА радона могут обеспечить достаточную точность лишь при временах
усреднения более суток.
Прибор ATMOS 12 DPX фирмы Gammadata (Швеция) основан
на измерениях спектров радона и продуктов его распада при непрерывном потоке
воздуха через ионизационную камеру. Данный прибор превосходит две предыдущие по
чувствительности и информативности, но большие габариты, вес и отсутствие
автономного электропитания сокращают область его использования.
Прибор AlphaGUARD фирмы GENITRON Instruments (Германия)
широко известен и весьма совершенен по конструкции, исполнению,
методологической проработке и метрологическому обеспечению. Принцип его
действия основан на спектрометрии альфа-частиц, испускаемых атомами радона в
ионизационной камере большого объема -
0,5 л. Большой объем камеры обеспечивает высокую чувствительность. На
входе ионизационной камеры имеется фильтр, задерживающий ДПР радона. В отличии от
всех описанных выше приборов непрерывного действия, данный прибор может
использоваться и как измеритель текущего значения ОА радона, при этом, однако,
экспрессность измерений невелика. Недостатками прибора являются малая
длительность автономной работы, нечувствительность к ДПР радона и торона и
высокая стоимость.
По принципу действия и
характеристикам от предыдущих приборов существенно отличается Рамон-автомат, разработанный в НИИФТРИ
(Россия). Конструкция и программы позволяют использовать прибор не только для
непрерывных измерений в автоматическом режиме в течение 2 недель, но и как измеритель
мгновенных ОА радона и торона. К сожалению, некоторые параметры, в частности,
энергетическое разрешение, не известны. Велики габариты и вес прибора,
недостаточны ресурс аккумулятора и ресурс памяти.
Универсальным прибором для измерения
АО радона, а также других радионуклидов является Альфа-бета-спектрометр Quantulus. Назначение:
радиоуглеродное датирование, мониторинг содержания трития, стронция, цезия,
радиогенного свинца и других радионуклидов в разных средах; определение
радиологического качества воды, почв и др., исследование скорости
седиментационных процессов, индикация загрязнения шельфовых зон и другие
исследования.
Основные характеристики прибора:
прибор позволяет измерять содержание трития без пробоподготовки на уровнях от 1
Бкл. В настоящее время разработаны методики, позволяющие разделять изотопы в
сложной смеси. Спектрометр имеет пассивную и активную защиту. С точки зрения
подавления фона, Quantulus имеет рекордные характеристики по сравнению с любым другим
жидкосцинтилляционным радиометром в мире.
Методы исследования: радиометр Quantulus 1220 обеспечивает сверхнизкофоновые
показатели за счет уникального сочетания активной и пассивной защиты.
Соединение с компьютером и сбор информации обеспечивается программой WinQ (версия для Windows) для Quantulus 1220 с четкой привязкой результатов
работы различных пользователей. Программа снабжена интуитивно понятными окнами
помощи и обеспечивает фактически неограниченное число групп параметров. Прибор
связан через последовательный порт с внешним компьютером любой необходимой
мощности.
3. Распределение радона и торона в подпочвенных грунтах и воздухе
помещений Киева
Проблема оценки степени
радоноопасности проживания жителей Киева весьма актуальна. Киев – город с
населением свыше 3000000 чел., в котором на 70% площади в недрах распространены
гранитоиды, содержащие уран, радий – источники радона; последний проникает из
недр по разломным зонам к поверхности земли и далее в здания.
Был проведен
структурно-геоморфологический анализ территории г.Киева. на основе карты
линеаментов и геодинамически активных зон территории г.Киева масштаба 1:50000
были намечены профили и проведена эманационная сьемка по городу. Такой подход
позволил установить закономерности поступления и накопления радона и торона в
помещениях с ОА этих газов в подпочвенном воздухе, т.е. связь аномальных
концентраций радона и торона с геологическими структурами.
Ключевыми моментами и основными
этапами радонового обследования территории города были: выбор методов
измерений, проведение измерений, составление выборки концентраций радона и
торона в помещениях, изучение региональных характеристик коэффициента равновесия
F, учет сезонных
вариаций ОА радона и торона, анализ результатов определений уровней ОА и ЭРОА
радиоактивных газов.
Для выявления основных характеристик
расчетных уровней облучения населения в городе на первом этапе проводилось
выборочное радоновое и тороновое обследование территории, при этом были решены
следующие основные задачи:
- определены следующие параметры
распределения ЭРОА радона и торона в воздухе помещений и получены исходные
данные для расчетных оценок среднего уровня альфа-облучения населения;
- выявлены различные по степени
радоно- и тороноопасности участки территории, в т.ч. характеризующиеся
повышенными, относительно местного фона, уровнями поступления из недр радона и
торона.
В качестве структурной основы
выполняемых исследований была принята карта линеаментов и геодинамически
активных зон Киева. Наиболее крупные линеаменты, отражающие зоны повышенной
трещиноватости и проницаемости горных
пород, приурочены к долинам рек и имеют субширотное простирание и ширину до 400
м. они пересекаются менее широкими (до 250 м) зонами и отдельными линеаментами
субмеридионального и диагонального простирания. Эти линеаменты разного геоморфологического
содержания, очевидно, отражают активно живущие зоны трещинноватости
тектонического происхождения. В гидрогеологическом отношении на территории Киева
выделяются зоны активного и затрудненного водообмена. Повышенные содержания
радона в подземных водах и воздухе подпочвенных грунтов фиксируются в зоне
активного водообмена и над разломными зонами – участками развития пород
повышенной трещиноватости (геодинамические зоны).
Поступление радона из недр к дневной
поверхности надежно фиксируется по данным эманационной съемки. Повышенными
уровнями ОА радона и его ДПР по сравнению с остальной территорией г.Киева
отличаются достаточно многочисленные разломные зоны, известие на территории
города.
Данные измерений радона и торона в
подпочвенном воздухе территории Киева представлены в таблице. Наиболее
интересные результаты получены на участках Правобережной части территории
Киева, где ранее уже проведен комплекс работ по изучению геохимических и
геофизических полей.
|
район
|
Количество маршрутов
|
Общая днина маршрутов, км
|
Количество точек наблюдения
|
Среднее значение ОА, кБк/м
|
Максимальное значение ОА, кБк/м3
|
Минимальное значение ОА, кБк/м3
|
|||
|
222Rn
|
220Rn(Tn)
|
222Rn
|
Rn(Tn)
|
222Rn
|
220Rn(Tn)
|
||||
|
Левобережье
|
11
|
67
|
262
|
2,6
|
6,5
|
6,0
|
17,1
|
0,27
|
1,4
|
|
Правобережье
|
43
|
233
|
1126
|
8,5
|
7,1
|
13,0
|
21,0
|
1,3
|
2,3
|
|
Всего по Киеву
|
54
|
300
|
1388
|
5,6
|
6,8
|
9,5
|
19,2
|
0,8
|
1,9
|
Таблица 1.1 Сводная таблица по
измерению уровней ОА радона и торона в почве г.Киев
Как известно, выявить основные
источники поступления радона (породы с повышенным содержанием урана, радия и
трещиноватые зоны с повышенной водо- и газопроницаемостью) можно путем
проведения опережающих целенаправленных геолого-геофизических исследований в
местах планируемой застройки населённых пунктов. Почвенно-грунтовые отложения
Киева характеризуются большим разнообразием.
В таблице 1.2 приведены пункты
повышенных и аномальных уровней обьемной активности 222Rn в основных типах грунтов Киева и
двух полигонах, расположенных в разных ландшафтно-климатических и геологических
условиях.
Городская агломерация Киева
ранжируется по трем категориям:
1 – опасные площади, где в помещениях
зданий разного назначения установлены концентрации радона более 200 Бк/м3 ;
2 – небезопасные – с вероятностью
обнаружения отдельных помещений с ЭРОА радона более 50-100 Бк/м3
3 – безопасные, где превышения
допустимого уровня ( 50 – 100 Бк/м3
) не фиксируются.
В городе выявлены дома с ЭРОА радона
около 900 Бк/м3 при
концентрации его в грунтах изученных территорий от 10 до 20 Бк/м3 и более.
К особо опасным для проживания
населения отнесены площади с концентрациями радона в воздухе подпочвенных
грунтов более 40 Бк/м3 , а к
опасным – от 20 до 40 Бк/м3 .
Эти площади, в основном, выявлены в северо-западной и юго-западной частях
Киева. В центральной, северной и восточной частях города также встречаются
отдельные участки с высокими концентрациями радона. Радоновые аномалии в
подпочвенном воздухе ряда зон имеют, как правило, сложную конфигурацию. Это
связано с разной степенью трещиноватости подстилающих горных пород, особенно в
местах пересечения разломов – тектонических узлах. По этой причине вся
центральная честь города, где имеет место пересечение разломов разного
направления, определена как потенциально радоноопасная площадь.
|
№
|
Район
|
Адрес
|
Литологический тип грунтов
|
ОА Rn-222, Бк/м3
|
|
Правобережье
|
||||
|
1
|
Шевченковский
|
Ул.Стеценко; возле АЗС
|
Песок
|
13650
|
|
2
|
Шевченковский
|
Ул. Белицкая, 38
|
Суглинок
|
10650
|
|
3
|
Шевченковский
|
Перекресток ул. Щусева и
Берлинского
|
Песок
|
14400
|
|
4
|
Шевченковский
|
Ул.Мельникова, 89
|
Песок
|
14700
|
|
5
|
Подольский
|
Перекресток проспекта Свободы и
Правды
|
Песок
|
12300
|
|
6
|
Святошинский
|
Пр.Победы, 83
|
Песок
|
16500
|
|
7
|
Печерский
|
Дренажная штольня (Петровская аллея, Парковая дорога)
|
Суглинок
|
22050
|
|
8
|
Печерский
|
Летняя эстрада парка
|
суглинок
|
12750
|
|
9
|
Печерский
|
Ул.Васильковская, напротив
геологоразведочного техникума
|
Окисленный суглинок
|
14850
|
|
10
|
Печерский
|
Ул.Васильковская, возле Дворца
Украины
|
Песчаная глина
|
14850
|
|
11
|
Печерский
|
Пр.Дружбы народов; возле Центр.
Автовокзала
|
песок
|
29400
|
|
12
|
Печерский
|
Наддепрянское шоссе
|
песок
|
13650
|
|
13
|
Соломянский
|
Ул.Василенко, 1
|
Песок
|
13650
|
|
14
|
Соломянский
|
Ул.Индустриальная; за 30 м от моста
|
супесь
|
18450
|
|
15
|
Соломянский
|
Ул.Борщаговская, КПИ
|
Песок
|
18900
|
|
16
|
Соломянский
|
На углу пр.Воздухофлотский и
ул.Клименко
|
Песок
|
15750
|
|
17
|
Соломянский
|
Пр.Воздухофлотский, 110
|
Песок
|
12600
|
|
18
|
Голосеевский
|
Столичное шоссе
|
Песок
|
10050
|
|
19
|
Голосеевский
|
Пр.Науки,6; строительная площадка
|
Песок
|
18450
|
|
20
|
Оболонский
|
Ул.Тимошенко, 29
|
Песок
|
13200
|
|
Левобережье
|
||||
|
21
|
Деснянский
|
Ул.Бальзака, 22
|
Песок
|
8250
|
|
22
|
Деснянский
|
Пр.Маяковского, 14/13
|
Песок
|
13650
|
|
23
|
Днепровский
|
Пр.Броварской; возле автозаправки
«Ярило»
|
Песок
|
7650
|
|
24
|
Днепровский
|
Ст.м. Дарница
|
Песок
|
7800
|
|
25
|
Днепровский
|
Ст.м. Лесная
|
Песок
|
18450
|
|
26
|
Днепровский
|
Ст.м. Гидропарк
|
Песок
|
10650
|
|
27
|
Днепровский
|
Ул.Обьединения, 3
|
Песок
|
9150
|
|
28
|
Дарницкий
|
Пр.Бажана, ст.м. Харьковская
|
Песок
|
7950
|
4. Радон в зданиях г.Киева
Содержание радона в зданиях зависит
от многих факторов, а именно: конструкции зданий, используемые при
строительстве зданий стройматериалы, наличие под зданиями разломных зон, состав
почво-грунтов под зданиями,, типы фундаментов, использование в быту газовых
плит и воды из подземных источников, наличие и качество вентиляции помещений,
метеорологические условия. Современные жилые дома, как правило, возводятся из
железобетонных плит, состоящих из цемента, песка, щебенки, глинистого
керамзите, поэтому при радиоэкологических исследованиях зданий следует
учитывать естественную радиоактивность этих материалов.
Качество получаемых при обследовании
оценок, как известно, зависит от корректности выбора модельных(эталонных)
обьектов. Более достоверные оценки достигаются в том случае, когда выборка
формируется из всего детально обследованного жилого фонда случайным образом.
Однако, этому препятствуют 2 причины: 1 – полноценные характеристики жилых
зданий отсутствуют или недоступны; 2 – домовладельцы, выбранные случайным
образом, могут отказаться от проведения у них измерений.
Для каждого обследуемого помещения
регистрировали строительно-конструкционные и другие характеристики, которые
могут влиять на накопление радона и торона (климатические условия, количество
жильцов).
Существует два подхода при проведении
измерения сезонной или долгосрочной ОА радона и торона к среднегодовым
значениям: температурная нормализация и сезонная нормализация. Это удобно, если
имеется доступ к результатам соответствующих регулярных наблюдений
разветвлённой сети метеорологических постов, а также, если во время экспозиции
интегрального детектора радона составляет не более одного месяца.
Радон, поступающий из почво-грунтов в
многоэтажные дома, не вносит большого вклада в общую активность в воздухе жилых
помещений, поскольку такие дома имеют, как правило, проветриваемые фундаменты,
что препятствует поступлению радона в жилые помещения здания. Как показали
результаты обследования многоэтажных зданий, в целом низкие уровни радона в
помещениях, расположенных на высоких (выше 2-3) этажах, колеблются
незначительно, практически в пределах погрешности метода измерений радона. В
таком случае источником поступления радона в такие помещения является его
эманирование из использованных в помещениях строительных материалов.
По данным комитета госстатистики в
городе Киев имеется 55% (кирпичных и панельных) домов с пятью и более этажами.
Остальную часть составляют деревянные, шлакоблочные дома и дома, построенные из
глины и других материалов. В первую очередь следует проводить оценку
радоноопасности проживания людей именно в этих зданиях.
Используемые жильцами домов вода (из
подземных источников) и природные газ также могут являться источниками
поступления радона в жилые помещения. Концентрация радона в водопроводной воде
обычно невелика, но вода из некоторых природных источников, особенно добываемая
из глубоких колодцев или артезианских скважин, может содержать достаточно много
радона. Поэтому такую воду перед употреблением следует кипятить, при этом
практически весь радон из воды улетучивается.
Если после проведения комплекса
радонозащитных мероприятий ЭРОА радона в воздухе помещений будет превышать
предельно допустимый уровень по НРБУ-97 – 100 Бк/м3, то должен
решаться вопрос о переселении жильцов и перепрофилировании целевого
использования или даже ликвидации здания.
Основным мероприятием, направленным
на предупреждение неблагоприятного воздействия радона на население, является
обследование участков, предназначенных для застройки, путем измерения в них ОА
радона и его ДПР. Необходимо также в комплекс мероприятий по обследованию
территории включить исследование проб воды используемых колодцев и скважин на
содержание радона, урана, радия, концентрация которых не должна быть выше
предельно допустимых по НРБУ-97 уровней, соответственно 100 Бк/м3, 1
Бк/м3 и 1 Бк/м3
для указанных природных изотопов.
5. Детальные мониторинговые исследования на модельных полигонах в г. Киеве
По результатам измерений радона и
торона по городу Киев в пределах отдельных аномальных зон и участков
проводились мониторинговые детальные исследования (район Малокитаевской
(Голосеевский р-н) и ул. Мичурина (Печерский р-н)), где были выявлены аномальные
уровни концентрации радиоактивных газов в подвальных помещениях и подпочвенном
слое грунтов.
Модельный полигон «Малокитаевский» в
г.Киеве. на профиле эманационной сьемки вдоль ул.Малокитаевской (Голосеевский
р-н) выделены участки со «структурными» аномалиями ОА подпочвенного радона и
торона. Аномалия в районе пересечения ул.Малокитаевской и Проспекта Науки,
вероятно, связана с наличием здесь геодинамически активной зоны, к которой
приурочен склон дневной поверхности к б. Цимбалов Яр.
Другие аномалии ОА радона приурочены
к геодинамически активной зоне и представляют собой две части расщепленной в
плане на севере и юге зоны достаточно мощной по амплитуде радоновой аномалии.
Подобный эффект расщепления радоновых аномалий отмечался в районах русловых
отложений. Засыпка русла рек строительным мусором ( в том числе кусками
бетонных плит) вперемешку с суглинками и глиной, очевидно, усугубляет природный
экранный эффект, что проявляется в резком понижении ОА подпочвенного радона до
5 – 20 Бк/м3 . Южная, из
выявленных радоновых аномалий в районе Проспекта Науки, соответствует одной из
ветвей сложного узла пересечения геодинамически активных зон. В разрезе пород,
слагающий модельный участок, фиксируется разлом, падающий на юго-запад, с
которым, очевидно, связана основная геодинамическая зона повышенной радоно- и
тороноопасности недр.
Анализ вариационных кривых ЭРОА
радона и торона в подвальных помещениях жилых домов по профилю вдоль
ул.Малокитаевской и Проспекта Науки показывает, что характерными значениями
ЭРОА радона в воздухе подвалов домов являются 7,5 – 12,5 Бк/м3 .В воздухе подвалов домов, построенных
на аномальных зонах ОА подпочвенного радона, характерные значения ЭРОА радона
достигают 1500 Бк/м3 ,
т.е.уровни ОА и ЭРОА различаются в сотни
раз.
Оценка вариаций ЭРОА радиоактивных
газов во времени в подвалах жилых домов дают возможность сделать заключение об
амплитуде этих вариаций и уровнях накопления радона и торона в домах. Так, для
подвалов домов, построенных в области нормального поля ОА подпочвенного радона,
максимальная амплитуда временных вариаций достигает ~ 20 Бк/м3 ,в пределах аномальных зон она
превышает 30 и более Бк/м3 .
Таким образом, максимальные амплитудные различия невелики, а уровень временных
вариация ЭРОА радона в подвалах домов на аномальных зонах ОА радона более
заметен, а именно: в 2 – 3 раза выше, чем в нормальном поле.
Модельный объект «Мичуринский» в г.Киев. На профиле по ул. Мичурин в
Печерском районе также обнаружены участки аномальной радоноопасности недр.
Основная геодинамически активная зона – вдоль склона дневной поверхности у
р.Днепр – фиксируется и на бул.Дружбы Народов.
В подвальных помещениях жилых домов
по профилю вдоль ул. Мичурина получены предварительные результаты по
определению уровней ЭРОА радона. Среди домов, расположенных в аномальных зонах,
в подвалах дома № 42/1 выявлены повышенные уровни ЭРОА радона .Относительно
невысокие уровни ЭРОА радиоактивных газов в воздухе помещений зданий,
построенных в последние десятилетия, объясняются достаточно надежными условиями
изоляции жилых помещений от поступления и накопления радона и торона и их
хорошим проветриванием. Наибольшая концентрация радона ( около 300 Бк/м3 ) зафиксирована в штольне, используемой
в качестве коллективных подвалов строительно-монтажного участка (ул. Мичурина,
62).
Таким образом, практически все
обнаруженные аномалии подпочвенного радона и торона в г.Киеве приурочены к
районам развития разломных зон, перекрытых у дневной поверхности четвертичными
моренными суглинками и глинам небольшой мощности. Следовательно, можно
утверждать, что основной механизм формирования повышенных и аномальных уровней
ОА радона – поступление газов к земной поверхности из недр по зонам повышенной
проницаемости (разломом).
6. Факторы, влияющие на поступление и накопление радона и его ДПР в
окружающей среде
Разломные зоны в кристаллических
породах Украинского щита, которые, как правило, содержат значительное
количество природных радионуклидов, продуцирующих радиоактивные газы, являются
основным источником радона и торона. Существенно глинистые грунты могут
накапливать уран и радий из флюидных потоков поступающих из недр к дневной
поверхности.
Содержание 222Rn в подпочвенном воздухе и в зданиях
определяется геологическим строением территории, составом горных пород,
содержанием в них природных радионуклидов, наличием тектонических нарушений и
другими факторами. В Украине наибольшая потенциальная и реальная опасность,
обусловленная радоном и тороном, существует в пределах Украинского
кристаллического щита (УКЩ) и Донбасса.
Как известно, распределение природных
радиоактивных элементов в разных горных породах весьма неравномерно. Наиболее
высокие содержания урана свойственны кислым магматическим породам, в частности,
гранитам. Высоким содержанием урана также отличаются углеродистые сланцы и
осадочные породы, содержащие органику
фосфаты, а также метаморфические породы. Основными источниками радона в
недрах являются горные породы, содержащие уран и радий:
ü
Углистые
сланцы с содержанием урана более 0,002%;
ü
Углеродисто-глинистые
сланцы, глауконитовые и углистые пески и песчаники, углеродсодержащие гравелиты
и алевролиты с содержанием урана более 0,005%;
ü
Граниты
верхнего протерозоя, характеризующиеся содержанием урана более 0,001 – 0,003 %
и пересеченные разломными зонами;
ü
Калиевые,
микроклиновые и плагиомикроклиновые граниты протерозойско-архейского возраста с
содержанием урана более 0,005%
ü
Гранитизированные
архейские гнейсы, в которых урана более 3 – 5 г/т
Обеспечение радиационной безопасности
и минимизации уровня облучения радоном и его ДПР населения г. Киева и других
населенных пунктов Украины является сложной и многоплановой задачей. Риск жизни
населения от поражения внутренних органов людей радиоактивными газами доказан и
является существенным. Один из основных путей минимизации этого негативного
явления – разработка радиационных регламентов среды, в частности помещений, в
которых длительное время находятся люди.
В целом экологическое нормирование должно обеспечивать : 1)
комплексность; 2) создание комфортных условий работы и отдыха; 3) обеспечение
условий здорового образа жизни населения; 4) дифференцированный подход при
минимизации негативного влияния на здоровье людей внешних экологических
факторов; 5) гарантии безопасности для здоровья людей.
Из грунтов, на которых расположены
здания, в строительных материалов, использованных в конструкциях зданий, радон
поступает в помещения. Происходящие при этом процессы обусловлены двумя
основными механизмами. Первый – диффузионный при наличии градиента концентрации
о определённой среде ( скорость переноса радона при этом в основном
определяется значением эффективного коэффициента диффузии радона в данной
среде). Второй – конвективный механизм, вызванный наличием разности давлений
между внутренним объемом здания в различных его частях и внешней атмосферой.
Принципиальные различия между диффузионным и конвективным механизмами
поступления радона в здания и выявление преобладающего позволяют принимать
различные инженерные решения по уменьшению поступления радона в здание.
Путями поступления радона в помещения
здания могут быть различные неплотности в фундаменте, а также трещины в
межэтажных перекрытиях, открытые участки грунтов в подвальном помещении или
подпольном пространстве, вводы труб и коммуникаций, стыки между плитами и
блоками.
Атмосферное давление – движущая сила,
способствующая поступлению радона внутрь здания. Низкая температура наружного
воздуха является одной из причин, приводящих к возникновению отрицательной
разности давлений между зданием и наружной атмосферой. Причиной усиленного
поступления подпочвенного воздуха в здание может быть ветер. Он создает зоны
пониженного давления вдоль уровня крыши и на подветренной стороне здания. Когда
в районе этих зон имеются каналы эксфильтрации воздуха, то в части здания может
создаваться отрицательная разность давлений.
В результате переработки и в процессе
хранения природного горючего газа перед подачей его к потребителю большая часть
радона из газа улетучивается. Тем не менее, концентрация радона в помещении
может возрастать, если отопительные и нагревательные устройства, в которых
сжигается газ, не снабжены вытяжкой.
Еще одним источником поступления
радона является наличие радиоактивных элементов в составе строительных
материалов. Фиксирование радиоактивных веществ строительными материалами
происходит следствии: механического удерживания частиц радиоактивного элемента
поверхностью за счёт пористости, шероховатости и неровностей; химической
реакции взаимодействия радиоактивного элемента с молекулами материала
(образование химических связей); физико-химического взаимодействия между
радиоактивным элементом и материалом (сорбции); диффузии радиоактивных
элементов вглубь материала
7. Радон в подземных водах
Радон в недрах попадает в воду из
гранитов и других пород, которые содержат повышенные концентрации радиоактивных
элементов. Как правило, именно трещиноватые кристаллические породы являются
источниками повышенных концентраций радона в подземных водах (ОА 222Rn достигает 500 Бк/м3).
Значительно ниже концентрация радона в водах горизонтов, где водовмещающими являются
изверженные породы основного состава или осадочные отложения (ОА в пределах от
2 – 5 до 50 Бк/м3). В условиях открытой поверхности водоемов и
водотоков радон легко дегазирует из воды в атмосферу, поэтому в поверхностных
водах радон не превышает первые единицы Бк/м3.
Радон хорошо растворяется в воде и
при контакте подземных вод с эманирующим источником вода очень быстро
насыщается радоном. Растворенный в воде воздух действует двояко. С одной
стороны, он вместе с питьевой водой попадает в пищеварительную систему
человека, а с другой стороны, люди вдыхают выделяемый водой радон при ее
использовании в быту. Более опасным для здоровья человека является
ингаляционный способ воздействия радона, т.к. альфа-частицами поражаются легкие
и бронхи человека. Известно, что в Украине воды с содержанием радона более
185 Бк/м3являются
минеральными, обладают лечебным эффектом и используются в медицине.
Месторождения радоновых вод в Украине территориально находятся на УКЩ. Наиболее
известное Хмельникское месторождение, на базе которого функционирует 6
санаториев, имеет большую популярность на Украине и других странах мира.
Радоновые воды применяются при лечении нервной, сердечно-сосудистой систем,
органов дыхания и пищеварения, опорно-двигательного аппарата, нарушений обмена
веществ. По величине концентрации радона ( в Бк/м3) минеральные воды
разделяются на классы:
- очень слабо радоновые 185 – 740;
- слабо радоновые 740 – 1480;
- радоновые средней концентрации 1480
– 7400;
- высокорадоновые >7400.
Радоновые минеральные воды различных
месторождений характеризуются разным химическим составом. Среди радоновых вод
наибольшую ценность представляют воды, обогащенные углекислотой, кремнием,
другими биологически активными компонентами.
Радон в подземных водах Киева
Водоснабжение г. Киев, как известно,
базируется на использовании как поверхностных (из рек Десна и Днепр), так и
подземных вод сеноманского (мел) и байосского (юра) водоносных горизонтов.
Поверхностные воды, как правило, в целом отличаются невысоким качеством, а их
очистка до уровня питьевых вод трудоемка, поэтому одним из путей улучшения
водоснабжения Киева питьевой водой является максимальное использование
подземных вод, что в последние годы уже реализуется за счет строительства
бюветов.
В 2002 – 2004 гг. Институтом геохимии
окружающей среды были проведены исследования по изучению концентрации радона и
содежанию других радиоактивных элементов, а также фтора в подземных и
поверхностных водах Киева. Содержание природных и техногенных радионуклидов в
подземных водах определялось как радиохимическим методом, так и при помощи
радиометров. Удельную ОА 222Rn определяли в воде бюветов и родников
в полевых условиях непосредственно у источников в течении 10 – 40 мин. после
отбора проб. Измерение концентрации радона в пробах воды проводили с помощью
импульсной ионизационной камеры радиометров Альфа-1М и РГА-01. В каждом административном районе города Киев в
среднем обследовано 15 источников подземных вод. Объектами исследований явились
подземные воды из артезианских скважин, колодцев индивидуального и
коллективного использования и родников; таким образом каждая точка отбора
характеризует определённую часть города.
Отбор проб осуществлялся в
специальные сосуды (промывалки Щепотьевой или барбатеры). Перед отбором пробы
промывалка продувалась, затем вакуумным насосом в промывалке создавался вакуум.
Далее из струи воды или из источника в промывалку втягивался номинированный (
100 мл) обьем исследуемой воды. Перед измерением концентрации радона камера
эманометра прокачивалась с удалением из неё остаточного воздуха, затем в камере
создавался вакуум и вводился воздух из промывалки с пропусканием через воду
пузырьков воздуха для перевода максимального количества радона из воды в
исследуемую воздушную фазу пробы.
Уран определяли лазерно-люминисцентным
методом. Торий-232 определяли из объема 10 л воды путём осаждения оксалатов
тория и последующего измерения оптической плотности раствора оксалатов тория с
арсеназо-ІІІ на фотоэлектроколориметре КФК-2. Радий-226 в пробах определяли путем его осаждения из
воды с парами и гидрооксидом железа. Затем осадок растворяли соляной кослотой и
переводили в барбартер. После накопления 222Rn, которого барбертере через месяц
становится столько же, сколько и 226Ra, его измеряли на радиометре и таким
образом рассчитывали концентрацию в воде 226Rа. Определения фтора в природных
водах произведены электрохимическим потенциометрическим методом.
Исследования показали, что
максимальная ОА 222Rn в артезианских скважинах составляет 34 Бк/м3, а
минимальная – 1 Бк/м3. Для сеноманского водоносного горизонта ОА
радона измеряется от 4,9 Бк/м3 ( Борщаговка, скважина 113) до 24,6
Бк/м3 (Лесной массив, скважина 8), а для байосского – от 2,7 Бк/м3
(Борщаговка, скважина 112) до 11,8 Бк/м3 (Минский массив, скважина
171). Среднее значение ОА 222Rn для сеноманских вод составляет 10,7
Бк/м3, а байосских – 6,0 Бк/м3.Таким образом,
концентрации радона в воде обоих водоносных горизонтов характеризуются
определёнными пределами, однако среднее значение уровней ОА радона довольно
близкие. Этот факт может свидетельствовать о достаточно равных эманирующих
способностях пород сеноман-келловейских и байосских коллекторов в силу сходства
их литологического состава. Средние значения ОА 222Rn в водах из разных типов источников составляют:
родники и минерализованные источники – 7 Бк/м3, колодцы – 5 Бк/м3,
артезианские скважины – 8 Бк/м3, поверхностные воды – 2 Бк/м3.
таким образом, ОА 222Rn в подземных водах г. Киева намного ниже допустимого уровня
воздействия 222Rn ( 100 Бк/м3), установленного НРБУ-97 для воды
хозяйственно-питьевого назначения.
Методы очистки воды от радона
Как известно, активность
радионуклидов уменьшается в результате естественного распада, однако этот
процесс достаточно длительный, особенно для долгоживущих ЕРН. Поэтому в
настоящее время применяются оперативные способы удаления радиоактивных
элементов из воды:
ü
Отстаивание
воды, содержащей взвешенные радиоактивные компоненты:
ü
Дегазация
и кипячение;
ü
Коагулирование
с известкованием, отстаивание, фильтрование ( с адсорбцией радионуклидов хлопьями
коагулянта, глиной, органическим веществом);
ü
Фильтрование
на мелких фильтрах с поглощением радионуклидов биологически активной плёнкой;
ü
Углевание,
осаждение
ü
Сорбция
природными (глины, цеолиты, бентониты) и искусственными неорганическими и
органическими собрентами
ü
Ионный
обмен применяется, как правило, для слабоактивных, маломинерализированных вод;
ü
Электродиализ
или обратный осмос с предварительным коагулированием и фильтрованием
ü
Электролиз
воды
ü
Дистилляция
(для удаления радиоактивных нелетучих веществ)
ü
Экстрагирование
радионуклидов.
Для полной дезактивации природных вод
от радиоактивных элементов применяют разные комбинации указанных выше способов.
7. Медико-биологические аспекты воздействия радона-222 и его ДПР на
организм человека
Одной из причин возникновения
заболеваний дыхательных путей связано с воздействием на организм ионизирующей радиации
– радиоактивного природного газа – радона-22, поступающей ингалационным путем с
аэрозолями вдыхаемого воздуха.
При распаде радона-222 образуются
изотопы тяжелого металла-свинца 210Pb и 206Pb которые имеют сильное негативное
воздействие на слизистые оболочки и клеточные мембраны. Они могут накапливаться
в костных тканях организма. Поэтому, при достаточно длительном употреблении
радон-222-содержащие питьевой воды есть вероятность значительно повышения
содержания свинца в организме.
Ингаляционный путь поступления
радона-222 и его ДПР является наиболее опасным из-за большого объема лёгочной
вентиляции и более высокого коэффициента захвата и усвоения радона-222 и его
ДПР из воздуха. Задержка радиоактивных аэрозолей в легких зависит также и от
размера их частиц – более крупные частицы (больше 1 мм) задерживаются в верхних
дыхательных путях, а около 70% частиц меньших размеров локализуются в бронхах и
лёгких.
Особенностью физиологических
процессов резорбции, всасывания и дальнейшей инкорпорации радона-222 и
радиоактивных частиц, содержащихся в воздухе, является то, что лёгкие человека
и животных умеют большую поверхность обмена. Содержащиеся во вдыхаемом при
каждом вдохе воздухе радиоактивные газы и аэрозоли частично задерживаются в
дыхательных путях.
Осаждение пылевых частиц в
дыхательном тракте в основном происходит вследствие трёх процессов:
инерционного осаждения, седиментации и диффузии.
Инерционное осаждение радиоактивных
частиц – процесс, характерный для верхних участков дыхательного тракта
(носоглотки, бронхов, трахеи).
Заключение
Радон – благородный инертный газ ,
приобретает в жизни человека все большее значение. К сожалению, преимущественно
оно негативно – радон радиоактивен и потому опасен. А поскольку он непрерывно
выделяется из почвы, то и распространен по всей земной коре, в подземной и
поверхностной воде, в атмосфере, присутствует в каждом доме.
В цивилизованном обществе уже пришло
осознание что радоновая опасность является крупной и непростой комплексной
проблемой, так как радиоэкологические процессы, вызываемые радоном происходят
на трех структурных уровнях материи: ядерном, атомно-молекулярном и
макроскопическом.
Следует знать, что опасность
облучения есть, даже если вы находитесь в собственном доме. Угрозу здесь
представляет природный газ – радон и тяжелометаллические продукты его распада