Исследование потенциальной радоноопасности территории г. Краснокаменска Забайкальского края

Основной вклад в суммарную годовую эффективную дозу облучения населения России вносят дочерние продукты распада 222Rn, образующегося при распаде 226Ra (ряд 238U). Радон является вторым по значимости после курения фактором риска возникновения рака лёгкого и, соответственно, первым по значимости для некурящих [1, 2]. Источниками радона, поступающего внутрь помещений, могут быть грунт под зданием, строительные материалы, системы водо- и газоснабжения, атмосферный воздух. Содержание радона в помещениях зданий различного назначения является предметом регулирования. Согласно НРБ-99/2009 при проектировании новых зданий жилищного и общественного назначения должно быть предусмотрено, чтобы среднего-

Кайгородов Е.И.* – мл. науч. сотр., аспирант ИГЭ РАН; Микляев П.С. – ст. науч. сотр., д.г.-м.н., проф. РАН, зам. директора ИГЭ РАН; Герцен Г.П. – зав. лаб., к.ф.-м.н. ФГУП НТЦ РХБГ ФМБА России. Петрова Т.Б. – ст. науч. сотр., к.т.н. МГУ им. М.В. Ломоносова. Киселёв С.М. – ст. науч. сотр. ФГУП НТЦ РХБГ ФМБА России, зав. лаб., к.б.н.; Шлыгин В.В. – мл. науч. сотр.; Губанова Ю.К. – науч. сотр. ФГУП НТЦ РХБГ ФМБА России, аспирант. ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России.

довая эквивалентная равновесная объёмная активность (ЭРОА) дочерних продуктов радона не превышала 100 Бк/м3 [3]. В эксплуатируемых жилых и общественных зданиях ЭРОА радона в воздухе помещений не должна превышать 200 Бк/м3. При превышении установленного гигиенического норматива должны осуществляться мероприятия по снижению содержания радона в помещениях. Превентивной мерой по предотвращению поступления радона в здания является разработка мероприятий по защите от радона на этапе проектирования здания. Их применение базируется на знаниях о потенциальной радоноопасности участков, отведённых под строительство. В качестве нормируемого показателя, количественно характеризующего потенциальную радоно-опасность территорий, в России принята величина плотности потока радона (ППР) с поверхности грунта. В соответствии с ОСПОРБ-99/2010 (СанПиН 2.6.1.2800-10) здания жилого и общественного назначения следует проектировать на участках, где ППР с поверхности грунта не превышает 80 мБк/(м2·с) [4, 5]. При ППР, превышающей 80 мБк/(м2·с), территория рассматривается как потенциально радоноопасная и при проектировании строительства на ней зданий должна быть предусмотрена система защиты от радона, т.к. в противном случае, может быть нарушен гигиенический норматив по содержанию радона в помещениях. Однако ППР весьма существенно колеблется во времени в зависимости от метеорологических условий, влажности грунтов и других факторов, что обуславливает высокую неопределённость результатов разовых измерений данной величины [6, 7]. В этой связи для корректной оценки потенциальной радоноопасности требуется проведение измерений ППР строго при благоприятных условиях (сухой грунт, отсутствие осадков или сильных колебаний атмосферного давления и т.п.), а также привлечение дополнительных критериев оценки [8]. Наиболее важные из них – повышенные концентрации 226Ra в геологическом разрезе, а также наличие в геологической среде проницаемых зон (разломов, карстовых и суффозионных пустот, горных выработок и т.п.), где может осуществляться адвективный перенос радона к земной поверхности. Кроме того, признаком потенциальной радоноопасности территорий является наличие в пределах исследуемой территории зданий, в которых содержание радона превышает ограничение, установленное для проектируемых жилых и общественных зданий. Обычно в качестве количественного критерия принимается 10%-ый уровень превышений ЭРОА от общего количества проведённых измерений.

В настоящей работе представлены результаты исследований потенциальной радоноопас-ности территории г. Краснокаменска. Город расположен в межгорной впадине тектонического происхождения, по которой в настоящее время пролегает сухое русло (падь Сухой Урулюнгуй). Территория города покрыта аллювиально-делювиальными и делювиально-пролювиальными суглинистыми четвертичными отложениями, мощностью до 10 м. В городской черте покровные отложения смешаны с городскими техногенными образованиями – урбаноземами. Эти отложения достаточно однородны по всей территории города. Город расположен примерно в 5 км северозападнее Стрельцовской вулканогенно-тектонической кальдеры, к которой приурочены крупные месторождения урана, разрабатываемые ППГХО им. Е.П. Славского. Измерения содержания радона в зданиях, проводимые в городе ранее, показали, что эти значения незначительно превышают нормативные уровни [9]. Целью настоящей работы были определение причин (механизмов) формирования радоноопасности территории г. Краснокаменска с учётом геологических и радиационно-физических особенностей территории, а также конструктивных особенностей жилых и общественных зданий для последующей оценки потенциальной опасности для населения, проживающего в городе. В работе впервые были сопоставлены результаты оценки потенциальной радоноопасности территории по данным измерений ППР с поверхности грунта с результатами распределения ЭРОА радона в помещениях зданий.

Материалы и методы

ППР с поверхности грунта измеряли с помощью измерительного комплекса «КАМЕРА-01» (НТЦ «Нитон») согласно методическим указаниям [8]. В точках измерения ППР проводили отбор проб, в которых определяли физические свойства грунтов: влажность, плотность, пористость грунта и степень заполнения пор водой, а также измеряли удельную активность 226Ra. Исходя из полученных значений, были рассчитаны значения объёмного коэффициента диффузии (D) и длины диффузии (L).

В условиях преобладающего диффузионного переноса ППР с поверхности грунта может быть оценена в соответствии с выражением [6]:

ППР = С_Яа • « ЭМ • Р • VI⁷^, мБк/(м² ■ с) ,                                        (1)

где C Ra - удельная активность (УА) ²²⁶Ra в грунте, Бк/кг; «_ЭМ - коэффициент эманирования грунта, отн.ед.; р - плотность грунта, кг/м³; А - постоянная распада ²²²Ra, 1/с; D - коэффициент диффузии, м²/с.

Отсюда может быть оценено значение D в соответствии с выражением:

D = (---- ^ППР )², м²/с .

V CRa^ M -p-V-'

Длина диффузии L рассчитывается по следующей формуле:

L — ^ПП Р

^CRa '^ M 'P' ^-

м.

Коэффициент эманирования ( К эм ) определён в соответствии с формулой:

К эм = С ⁵¹ = ^а ^-^¹ , отн. ед.

CRa      CRa где CRn - УА свободного радона в грунте, Бк/кг; С*Ra - УА радия в сухом незагерметизированном счётном образце, Бк/кг (CRa=CRn+CRa).

Для определения C Ra проба герметизировалась и выдерживалась для установления равновесия в течение 3 недель. Измерения проводили на гамма-спектрометре МКС-01А «Мультирад-гамма» в соответствии с методикой.

В жилой зоне измерения ППР и отбор проб по площади города проводили с плотностью приблизительно 18 точек на квадратный километр (всего 95 точек контроля). Точки распределены равномерно по территории города. Для оценки распределения ЭРОА радона в зданиях на исследуемой территории провели обработку данных по среднегодовой ЭРОА радона, полученных по результатам измерений трековым методом с использованием детектора LR-115-2 и опубликованных в работе [10]. Всего обследовано 80 зданий. Точки измерения ППР, УА 226Ra и ЭРОА радона в зданиях г. Краснокаменска представлены на рис. 1.

Рис. 1. Распределение точек измерения показателей потенциальной радоноопасности территории г. Краснокаменска.

Результаты и обсуждение

Статистический анализ данных распределения значений ППР и УА 226Ra показал, что распределение этих величин подчиняется нормальному закону (рис. 2, 3).

Нормальное распределение не характерно для ППР и в нашей практике встречается впервые. В большинстве случаев пространственное распределение ППР подчиняется логнормальному закону [11-13]. На наш взгляд, нормальное распределение может быть объяснено единым генетическим типом и высокой степенью однородности физических свойств поверхностных грун- тов в пределах города.

В табл. 1 и 2 представлены результаты измерения УА 226Ra и ППР в жилой зоне и на фо- новой площадке.

Рис. 2. Гистограммы распределения удельной активности радия (слева) и плотности потока радона (справа).

Таблица 1

Площадка	СА	СО	Доверительный интервал*	Мин.	Макс.
Фоновая	37,4	2,4	35,0-39,8	34,4	39,5
Жилая зона	30,7	4,9	28,8-32,6	22,0	42,9

Примечание: СА – среднеарифметическое; СО – среднеквадратическое отклонение; * – при P=0,95: доверительные границы от среднеарифметического.

Таблица 2

Площадка	СА	СО	Доверительный интервал*	Мин.	Макс.
Фоновая	116	35	96-136	56	177
Жилая зона	98	47	85-104	15	201

Примечание: СА – среднеарифметическое; СО – среднеквадратическое отклонение; * – при P=0,95: доверительные границы от среднеарифметического.

Рис. 3. Графики «Квантиль-квантиль» распределения значений удельной активности радия (слева) и плотности потока радона (справа).

Удельная активность 226Ra (Бк/кг) на фоновой площадке и в жилой зоне г. Краснокаменска

Плотность потока радона (мБк/(м2·с)) на фоновой площадке и в жилой зоне г. Краснокаменска

Как видно из таблиц, значения УА 226Ra и ППР на городской территории практически не отличаются от фоновых. Следовательно, городская инфраструктура не оказывает заметного влияния на параметры радоноопасности.

Значения УА 226Ra в грунтах г. Краснокаменска колеблются в относительно узком диапазоне и не превышают фоновый диапазон, характерный для суглинистых грунтов [14]. Полученные значения несколько ниже УА 226Ra в грунтах 20-км зоны вокруг ППГХО им. Е.П. Славского (исключая территорию предприятия), которые находятся в диапазоне 36-89 Бк/кг [15].

Значения ППР исследуемой территории изменяются в относительно узком диапазоне (табл. 2), коэффициент вариации ППР составляет 0,3 на фоновой площадке и 0,41 в жилой зоне, что является низким значением и ещё раз свидетельствует о высокой степени однородности распределения данного показателя. Типичные значения коэффициента вариации ППР на участках, сложенных однородными грунтами, составляют 0,6-1,8 [12, 16].

Среднеарифметическое значение ППР как на фоновой площадке, так и в среднем по городу несколько превышает допустимый уровень, установленный для участков строительства жи- лых и общественных зданий. Частные значения, полученные в большинстве точек измерения (70% от общего числа измерений), также превышают этот уровень.

Кроме того, была проведена оценка потенциальной радоноопасности территории города с применением расчётного значения ППР согласно [8] с использованием полученного среднего значения УА ²²⁶Ra в грунтах. Расчётное значение ППР с поверхности грунта на территории города составило ППРр=81 мБк/(м²·с), что удовлетворительно согласуется с измеренным средним значением ППР и подтверждает потенциальную радоноопасность территории для проживающего на ней населения.

Для выяснения преобладающего механизма переноса радона в грунтах была проведена оценка параметров переноса – эффективного коэффициента диффузии радона (D) и длины диффузии радона (L). В дисперсных глинистых грунтах, которыми сложена верхняя часть геологического разреза города, при отсутствии активных тектонических разломов, условия, необходимые для конвективного переноса радона, отсутствуют. В этой связи, учитывая геологическое строение территории города и отсутствие активных разломов, было сделано предположение, что интенсивность выделения радона с поверхности грунта может быть удовлетворительно описана диффузионной моделью. При преобладающем диффузионном переносе потенциальная радоно-опасность территорий обусловлена, в первую очередь, содержанием 226Ra в грунтах, а также проницаемостью геосреды, которая может быть охарактеризована длиной диффузии радона в грунте (L) [17]. Численные значения L зависят от проницаемости и пористости грунтов – структуры пор и степени их заполненности водой. Параметры диффузионного переноса радона в грунтах были рассчитаны по формулам (2-4), исходя из измеренных фактических значений ППР и радиационно-физических свойств грунтов. Результаты представлены в табл. 3.

Таблица 3

Физические и эманационные свойства, а также параметры диффузионного переноса радона в грунтах в жилой зоне г. Краснокаменска

Исходные данные			К эм , отн. ед.	D, м2/с	L, м
ППР, мБк/м2⋅с	УА 226Ra, Бк/кг	ρ s , кг/м3
116	37,4	1930	0,32	1,30·10-5	1,90
96-136	35,0-39,8		0,27-0,37	5,4·10-6-1,0·10-5	1,61-2,18

Примечание: ППР, УА ²²⁶Ra и К эм : в числителе – среднеарифметическое; в знаменателе – границы доверительного интервала при p=0,95; D, L: в числителе – среднеарифметическое; в знаменателе – диапазон значений: минимум – максимум.

Полученные значения параметров переноса радона D и L являются высокими и близки к верхней границе типичного диапазона значений для сухих проницаемых отложений, например, кварцевого песка [6]. В большинстве случаев значения L в суглинистых грунтах ниже. Так, по данным [8] значения L, характерные для ненарушенных суглинков и глин, составляют 0,72 м и 0,56-0,60 м соответственно. По результатам определений в приповерхностных выветрелых (подвергшихся механическому и физико-химическому преобразованию под действием перепадов температур и др. атмосферных факторов) трещиноватых глинистых грунтах и почвах значения эффективного коэффициента диффузии находятся в диапазоне от 0,1·10-6 до 2,4·10-6 м2/с, а значения L – от 0,2 до 1,1 м [3, 18]. С учётом вышесказанного, можно сделать вывод, что на данной территории преобладает диффузионный перенос радона, однако грунты обладают высокой проницаемостью, очевидно, обусловленной высокой пористостью и малой степенью заполнения пор водой. Пористость грунтов составляет 60%, а влажность и степень заполнения пор водой 11% и

18% соответственно. Высокая проницаемость грунтов на территории, на наш взгляд, связана с низким увлажнением в условиях засушливого степного климата. Анализ физических свойств грунтов показал высокую степень их пространственной однородности. Сочетание присутствия в грунтах 226Ra, пусть и не в очень больших концентрациях, с высокими значениями длины диффузии радона в условиях дефицита влаги в степной зоне, по-видимому, является причиной относительно высоких значений ППР при весьма незначительных пространственных колебаниях этой величины. Таким образом, повышенные значения ППР на территории города определяются только природными свойствами грунта. Исходя из этого, а также из сравнения ППР на городской территории с фоновой площадкой, мы можем сделать заключение об отсутствии влияния предприятия по добыче урана на содержание 226Ra и ППР потока радона из грунта на территории г. Краснокаменска.

Как было указано выше, потенциальную радоноопасность может также характеризовать доля помещений, в которых ЭРОА радона превышает допустимые уровни. В этой связи было поведено сопоставление полученных результатов измерения ППР со среднегодовыми значениями ЭРОА радона в зданиях. Распределение ЭРОА радона по этажам представлено на рис. 4.

Рис. 4. Распределение среднегодовых значений ЭРОА радона по этажам жилых и общественных зданий.

Максимальные значения, зафиксированные в подвалах (рис. 4), более чем в 2 раза превышают ограничение, установленное для эксплуатируемых жилых и общественных зданий. На этажах выше первого превышений не обнаружено. Подобный характер распределения среднегодовых значений ЭРОА радона свидетельствует о том, что основным источником поступления радона являются грунты под зданием. На рис. 5 приведены параметры распределения среднегодовой ЭРОА радона на первых этажах в зданиях различного назначения.

Как видно на рис. 5, среднегодовая ЭРОА радона на первых этажах в помещениях типовых панельных домов статистически значимо ниже, чем в образовательных учреждениях и предприятиях торговли. Это может быть объяснено тем, что большая часть жилого фонда г. Краснока-менска представлена типовыми пятиэтажными панельными зданиями 1970-1980-х годов постройки с фундаментом из сборного железобетона, перекрытия выполнены из железобетонного настила [19], который, по-видимому, препятствуют поступлению радона в здания. Согласно исследованиям [20, 21] панельные здания типовой застройки 1970-1990-х годов в большинстве городов России также характеризуются наименьшей радоноопасностью. В отличие от зданий жи- лой застройки, конструкция подземной части малоэтажных образовательных и торговых учреждений в меньшей степени защищает помещения этих зданий от поступления радона из грунтов. Таким образом, анализ распределения ЭРОА радона в зданиях города подтверждает, что территория может быть отнесена к потенциально радоноопасной. Полученный результат хорошо согласуется с результатами оценки потенциальной радоноопасности по результатам измерения ППР с поверхности грунта.

160 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

Рис. 5. Распределение медианных значения среднегодовой ЭРОА радона на первых этажах зданий различного назначения.

При строительстве новых жилых и общественных зданий на данной территории в соответствии с СП 321.1325800.2017 [22] необходимо проводить оценку достаточности радонозащитных свойств конструкций подземной части проектируемого здания и, в случае необходимости, предусматривать систему защиты от радона.

Заключение

В настоящем исследовании представлены новые данные, характеризующие потенциальную радоноопасность территорий, прилегающих к районам добычи урановых руд на примере жилой зоны г. Краснокаменска, расположенного вблизи Стрельцовского урановорудного месторождения. Проведённые исследования показали, что значения параметров радоноопасности незначительно превышают ограничительные уровни и находятся на границе допустимых уровней. Потенциальная радоноопасность данной территории обусловлена удельной активностью ²²⁶Ra в грунтах более 30 Бк/кг и высокой проницаемостью грунта. Среднее значение ППР в жилой зоне города, полученное по результатам прямых измерений, вполне удовлетворительно совпадает с расчётным значением ППРр, что свидетельствует о преобладании диффузионного переноса радона в грунтах исследуемой территории. Анализ пространственного распределения ППР с поверхности грунта показал высокую степень однородности данного показателя.

Значения ППР на фоновой площадке, не подверженной техногенному влиянию, находятся в том же диапазоне, что и значения ППР в городе. Это говорит о том, что потенциальная радо-ноопасность данной территории обусловлена её геохимическими особенностями и не связана с техногенной нагрузкой (воздействием городской инфраструктуры или предприятия по добыче урановых руд).

Анализ распределения ЭРОА радона в зданиях города подтверждает результаты оценки потенциальной радоноопасности по данным измерения ППР с поверхности грунта. Превышения гигиенического норматива по ЭРОА радона наблюдаются преимущественно в помещениях предприятий общественного питания и торговли, расположенных в отдельно стоящих малоэтажных сооружениях, непосредственно контактирующих с грунтом и недостаточно защищённых от проникновения радона. Типовые панельные пятиэтажные жилые здания, построенные в семидесятых и восьмидесятых годах прошлого века, характеризуются низкими значениями ЭРОА радона, не превышающими установленного гигиенического норматива. Таким образом, результаты анализа данных по содержанию радона в воздухе помещений подтверждают потенциальную радо-ноопасность для населения территории г. Краснокаменска. Повышенные значения ППР с поверхности грунта обуславливают превышение норматива в зданиях, недостаточно защищённых от поступления радона из грунта. Обеспечение безопасного проживания населения на территории города требуют регулярного контроля за содержанием радона в воздухе помещений зданий индивидуальной застройки и надзора за обязательным выполнением мероприятий, направленных на снижение поступление радона в воздух помещений.

Исследование выполнено в рамках государственного заказа по следующим тематикам: Выполнение прикладной научно-исследовательской работы «Модификация, развитие и пополнение информационно-аналитической системы по природным источникам ионизирующих излучений с учётом проблем санитарно-гигиенического мониторинга и оценки состояния радиационной безопасности в местах существующей и прошлой добычи и переработки урановых руд» (шифр «Система-21»), рег. № НИОТКР 121100500096-5; «Решение задач ядерной энергетики и безопасности окружающей среды, а также диагностика материалов с использованием ионизирующих излучений», рег. № 122030200.324-1»; Госзадание FMWM-2025-0004 «Развитие методологических основ изучения опасных геологических процессов».