Картирование территории Гомельской, Могилёвской и Витебской областей по комплексному радоновому показателю и объёмной активности радона в жилых зданиях

В контексте аварии на Чернобыльской АЭС основой для принятия управленческих решений являлось значение доз облучения населения, которые регистрировались в периодически разрабатываемых каталогах доз, выпускаемых с промежутком в несколько лет. По данным Каталога-2009, число населенных пунктов (НП), в которых средняя годовая эффективная доза облучения населения от чернобыльских радионуклидов равна или превышает 1 мЗв/год, составляет 193 из 2613 всех НП, находящихся на загрязнённых территориях [1]. По данным последнего Каталога-2014, это количество снизилось до 72 из 2396 [2]. При этом уровень облучения радоном и его дочерними продуктами распада (ДПР) имеет постоянное значение. По данным Публикации № 115 МКРЗ [3] и «Основным нормам безопасности МАГАТЭ» [4] установлен референтный уровень по среднегодовой объёмной активности (ОА) радона 300 Бк/м3 для жилых домов, что соответствует годовой эффективной дозе порядка 10 мЗв. Необходимо подчеркнуть, что на территории Гомельской, Могилёвской и Витебской областей имеются локальные регионы с неблагоприятной радо-

новой обстановкой, где возможно превышение указанного уровня, что создает существенную дозовую нагрузку на население. Таким образом, дополнительное изучение радоновой обстановки и выделение наиболее проблемных территорий с большими значениями объёмной активности радона (а значит и эффективной дозой) является очень важным.

В Публикации № 65 МКРЗ были рассмотрены подходы к оценке радоновой опасности и радиационной защите от радона и его ДПР [5]. Одним из основных тезисов Публикации № 65 МКРЗ является необходимость разработки критериев для оценки радоноопасных зон. Известно, что основным источником поступления радона в воздух помещений является почва [6]. Учитывая это, можно провести картирование территории по радоновой опасности с использованием показателей, определяющих концентрации радона в жилых зданиях, и выделить наиболее радоноопасные зоны, где необходимо проведение полномасштабных исследований среднегодовых значений ОА радона. Такой подход является актуальным в случае недостатка ресурсов для проведения полномасштабных исследований, как, например, в Белоруссии.

Целью настоящей работы являлось картирование территории Гомельской, Могилёвской и Витебской областей по комплексному радоновому показателю, учитывающему ряд факторов, определяющих концентрацию радона; а также картирование объёмной активности радона в жилых зданиях этих областей и сопоставление полученных картографических данных.

Материалы и методика исследований

Методика комплексного радонового показателя. Если принять, что основным источником поступления радона в воздух жилых зданий является почва [6], то можно считать, что поступление радона в жилые здания определяется, в основном, свойствами подстилающих пород. Исходя из этого, для поиска критических зон радоноопасности можно предложить величину, равную произведению значений факторов, обуславливающих наличие радона в почвах и породах в относительных единицах, которые представляют собой комплексный радоновый показатель (КРП) территории.

Так, одним из важнейших факторов, связанных с ОА радона, является запас урана в почвах. Принимая во внимание, что уран является материнской породой для образования радона, концентрации урана в почвах будут определять содержание радона и как следствие – его ОА. На основе геологической карты Белоруссии, на которой показано расположение пород с различным содержанием урана [7] получены данные, которые были нормированы на значение максимального содержания урана в породе (глина), принятое за 1.

Следующим показателем, определяющим ОА радона, является мощность экспозиционной дозы (МЭД). Колебания гамма-фона на местности определяются, в основном, радионуклидами естественных радиоактивных рядов урана и тория, а также 40K. Соответственно с нарастанием концентрации урана и тория в почве будет нарастать концентрация и их ДПР, в том числе и радона. Учитывая, что газообразный радон стремится выйти на поверхность и располагается преимущественно в приземном слое почвы, некоторые ДПР радона будут также вносить вклад в МЭД. Таким образом, колебания МЭД будут опосредованно указывать на концентрацию радона (как напрямую, через вклад ДПР радона, так и опосредованно, через различные концентрации радионуклидов естественных радиоактивных рядов, в которые входит радон). Для того чтобы исключить влияние искусственных радионуклидов, выпавших на территории Белоруссии после аварии на Чернобыльской АЭС, в исследованиях использовались дочернобыльские кар- ты МЭД [8, 9]. Полученные значения были нормированы на максимальную величину – 12 мкР/ч, принятую за 1. В настоящий момент МЭД не используется, однако, карты первоисточников разработаны в дочернобыльский период и отображают устаревшие величины (МЭД). При этом с учётом нормирования значения МЭД могут быть использованы без перевода в величины, принятые на данное время (поглощённая доза).

Необходимо также учитывать, что эксхаляция радона зависит от проницаемости почвы, которая в свою очередь, в большей степени, зависит от коэффициента фильтрации радона в грунтах [10]. Исходя из того факта, что период полураспада 222Rn составляет около 3,8 суток, скорость его прохождения через слой почвы имеет важное значение, и обуславливает конечную ОА радона в жилых зданиях. Полученные по картам [11] значения коэффициента фильтрации были нормированы на максимальную величину (песчано-гравийная смесь), принятую за 1.

Также важным фактором, определяющим концентрации радона, является уровень залегания первого от поверхности водоносного горизонта. При уровне в 1-2 м от поверхности почвенный радон почти полностью поглощается, а при уровне более 10 м весь выделенный радон остаётся в почвенном воздухе [12]. Значения глубины залегания первого водоносного горизонта были получены по гидрогеологической карте территории Белоруссии [13] и нормированы на максимальную величину – 10 м, принятую за 1.

Таким образом, КРП представляет собой произведение значений факторов, обуславли- вающих наличие радона в почвах и породах в относительных единицах: запас урана в почвах, мощность дозы дочернобыльского фона, проницаемость почв и пород для радона и глубину залегания первого водоносного горизонта. Данный радоновый показатель можно представить формулой:

R = Uотн∙Mотн∙Fотн∙Wотн, где R – значение комплексного радонового показателя, отн. ед; Uотн – нормированное значение запаса урана в почвах и породах, отн. ед.; Mотн – нормированное значение мощности экспозиционной дозы, отн. ед.; Fотн – нормированное значение коэффициента фильтрации радона в почве, отн. ед.; Wотн – нормированное значение уровня залегания первого от поверхности во- доносного горизонта, отн. ед.

Обоснование применения данных показателей приводится в работе [14]. На основе значений КРП можно выделить критические зоны радоноопасности, где ряд указанных факторов, определяющих концентрацию радона, будет способствовать формированию значительно более высоких ОА радона в жилых зданиях.

Методика по картированию объёмной активности радона в жилых зданиях. Для составления карты объёмной активности радона в жилых зданиях были использованы результаты исследований, проведённых ГНУ «Объединённый институт энергетических и ядерных исследований – Сосны» (ГНУ ОИЭиЯИ – Сосны, г. Минск) в течение 2004-2015 гг. на территории 3-х областей Республики Беларусь: Гомельской, Могилёвской, Витебской [15, 16]. Исследования были выполнены по методике, позволяющей проводить мониторинг радона: «Методика определения объёмной активности радона в воздухе жилых и производственных помещений с использованием интегральных радонометров на основе твердотельных трековых детекторов альфа-частиц» (МВИ.МН 1808-2002) [17]. В среднем, равномерность размещения дозиметров соответствует начальным европейским требованиям: ячейка 10 на 10 км [18]. Количество измерений по областям: Гомельская – 960 в 48 НП, Могилёвская – 585 в 89 НП, Витебская – 372 в 90

НП. Всего для составления карты было использовано 1917 измерений в 227 НП, в среднем по 7 измерений на НП.

Построение карт радоноопасности. Была сформирована пространственно-скоординированная база данных результатов измерений с применением программного продукта Excel 2003. С помощью встроенных формул обработка и расчёт необходимых для определения КРП данных проводили в автоматическом режиме, что оптимизировало проведение работы. База данных включала в себя ряд целевых позиций: географические координаты долготы и широты места измерения, значения КРП, ОА радона; и второстепенных позиций: порядковый номер измерения; значения 4 факторов, входящих в КРП в абсолютных и относительных величинах; полный адрес места измерения и т.д. Процедура построения карты радоноопасности по КРП и ОА радона в жилых зданиях была выполнена с применением программного продукта MapInfo10.5. Для построения тематических карт использовалась топооснова со слоями НП и границами районов и областей, на которую наносились (согласно географическим координатам) значения КРП или ОА радона в жилых зданиях. Построение карты проводилось соответствующими программными процедурами с нанесением на рабочую поверхность изолиний согласно 5 градациям значений КРП или ОА радона, указанных на легендах к рис. 1 и 2. Каждая из 5 градаций была раскрашена в контрастный цвет, причём на обеих картах цвета для соответствующих градаций были одинаковы, для облегчения возможного анализа и сопоставления двух построенных карт.

Результаты исследований и их обсуждение

Определение радоноопасности территории по комплексному радоновому показателю. На основании показателей, непосредственно влияющих на ОА радона (содержание урана в почвах, дочернобыльская МЭД, коэффициент фильтрации почв для радона, глубины залегания первого водоносного горизонта), были получены значения КРП. Разработанная карта радоноопасности Гомельской, Могилёвской и Витебской областей по КРП представлена на рис. 1. По карте была проведена комплексная оценка радоновой опасности районов Гомельской, Могилёвской и Витебской областей. Все районы Гомельский области имеют низкие значения КРП (до 50∙10^-4 отн. ед.) и низкий уровень радоновой опасности. Это обусловлено достаточно однородными геологическими и экологическими условиями данной территории: малые значения МЭД (до 8 мкР/ч), небольшое и среднее содержание урана в почвах (0-1·10^-3%), поверхностное залегание первого водоносного горизонта (до 5 м), средние и высокие значения коэффициента фильтрации почвы (0,027-0,04 отн. ед.). Необходимо выделить Ветковский район, на севере которого значения КРП доходят до 70∙10^-4 отн. ед., что обусловлено повышением содержания урана в почве до 1,75·10^-3%, глубинами залегания первого водоносного горизонта до 10 м, резкими изменениями в коэффициенте фильтрации почвы (0,004-0,04 отн. ед.).

Районы, расположенные на юго-западе Могилёвской области, имеют сходные условия с районами Гомельской области и также характеризуются низким уровнем радоновой опасности (Глусский, Бобруйский, Осиповичский, Кировский, Кличевский). Районы на севере Могилёвской области, напротив, имеют большие значения КРП (70-200∙10-4 отн. ед. и более) и высокий уровень радоновой опасности (Круглянский, Шкловский, Горецкий, Белыничский, Могилёвский, Дрибинский районы). Это обусловлено высокими значениями МЭД (до 11 мкР/ч), значительным содержанием урана в почвах (1,5-2∙10-3%), средним и глубоким залеганием водоносного гори- зонта (7,5-10 м и более), что позволяет радону беспрепятственно проходить через слой почвы. При этом низкие и средние значения коэффициента фильтрации радона в почве (0,004-0,027 отн. ед.) неспособны значительно уменьшить ОА радона. Остальные районы Могилёвской области (Мстиславский, Чаусский, Кричевский, Чериковский, Климовичский, Быховский, Славго-родский, Краснопольский, Костюковичский, Хотимский районы) имеют средний уровень радоновой опасности с промежуточными значениями КРП (40-80∙10-4 отн. ед.) и составляющих его показателей.

Рис. 1. Карта радоноопасности по комплексному радоновому показателю Гомельской, Могилёвской и Витебской областей.

Районы, расположенные преимущественно в центральной и восточной части Витебской области, имеют промежуточные значения КРП (40-80∙10-4 отн. ед.) и средний уровень радоновой опасности (Полоцкий, Бешенковичский, Городокский, Витебский, Лиозненский, частично Дубровинский). Данные районы характеризуются следующими значениями показателей: МЭД – до 8 мкР/ч, содержание урана в почвах – 1,5-2∙10-3% и более, глубина залегания первого водоносного горизонта – 2,5-7,5 м, коэффициент фильтрации радона в почве – 0,004-0,04 отн. ед. Районы, расположенные в центральной, западной и юго-восточной части Витебской области (Верхнедвинский, Россонский, Браславский, Миорский, Шарковщинский, Поставский, Глубок-ский, Ушачский, Докшицкий, Лепельский, Чашникский, Сенненский, Толочинский, Шумилинский, Оршанский, частично Дубровинский), имеют большие значения КРП (70-200∙10-4 отн. ед. и бо- лее) и высокий уровень радоноопасности. Это обусловлено высокими значениями МЭД (до 12 мкР/ч), значительным содержание урана в почвах (1,5-2∙10-3% и более), глубоким залеганием первого водоносного горизонта (5-10 м и более) и значительным варьированием значений коэффициента фильтрации радона в почве (0,004-0,04 отн. ед.).

Показано, что наиболее неблагоприятная радоновая обстановка наблюдается для Могилёвской области – в Круглянском, Шкловском, Горецком, Белыничском, Могилёвском, Дрибинском районах; для Витебской области – в Россонском, Верхнедвинском, Миорском, Шарковщин-ском, Глубокском, Докшицком, Шумилинском, Толочинском (частично в других районах), где были зарегистрированы потенциальные критические зоны радоноопасности со значениями КРП от 100∙10-4 отн. ед., а местами – 200-300∙10-4 отн. ед.

Определение радоноопасности по картированию объёмной активности радона в жилых зданиях. На основе данных по измерению ОА радона в жилых зданиях [15-17] была разработана карта ОА радона в жилых зданиях Гомельской, Могилёвской и Витебской облас- тей, которая приведена на рис. 2.

Рис. 2. Карта объёмной активности радона в жилых зданиях на территории Гомельской, Могилёвской и Витебской областей.

По карте была проведена оценка радоновой опасности районов Гомельской, Могилёвской и Витебской областей. Все районы Гомельский области имеют низкие значения ОА радона: 0-70 Бк/м3 с возможными единичными измерениями вплоть до 100 Бк/м3. В целом территория

Гомельской области достаточно однородна и имеет низкий уровень потенциальной радоно-опасности.

Районы, расположенные на юго-западе Могилёвской области, имеют низкий уровень радоновой опасности: ОА радона находится в пределах 0-70 Бк/м3 с единичными измерениями вплоть до 100 Бк/м3 (Кличевский, Осиповичский, Кировский, Бобруйский, Глуский). Районы центральной и восточной части Могилёвской области имеют промежуточные значения, с повышением уровня ОА радона до 40-70 Бк/м3 и со значительными территориями вплоть до 150 Бк/м3 (Быховский, Чаусский, Славгородский, Чериковский, Краснопольский, Мстиславский, Кричевский, Климовичский, Костюковичский, Хотимский). Районы, расположенные на севере области, представляет зону потенциальной радоноопасности. На данной территории ОА радона находится в пределах 70-200 Бк/м3 с ограниченными областями вплоть до 400 Бк/м3 (Круглянский, Шкловский, Горецкий, Белыничский, Могилёвский и Дрибинский).

Районы, расположенные преимущественно в центральной и восточной части Витебской области, имеют значения ОА радона в пределах 40-70 Бк/м3 с возможными единичными измерениями как в меньшую сторону – 0-40 Бк/м3, так и в большую сторону – до 150 Бк/м3 (Полоцкий, Бешенковичский, Городокский, Витебский, частично Лиозненский и Дубровенский). Районы центральной, западной и юго-восточной части Витебской области характеризуется значениями ОА радона в интервале 70-100 Бк/м3, с возможными единичными измерениями в меньшую сторону – 40-70 Бк/м3, и значительными колебаниями ОА радона в большую сторону – до 200 Бк/м3, а также с ограниченными областями вплоть до 400 Бк/м3 (Верхнедвинский, Россон-ский, Браславский, Миорский, Шарковщинский, Поставский, Глубокский, Ушачский, Докшицкий, Лепельский, Чашникский, Сенненский, Толочинский, Шумилинский, Оршанский, частично Лиоз-ненский и Дубровенский).

Показано, что наиболее неблагоприятная радоновая обстановка наблюдается для Могилёвской области – в Круглянском, Шкловском, Горецком, Белыничском, Могилёвском, Дрибинском районах; для Витебской области – в Россонском, Верхнедвинском, Миорском, Шарковщин-ском, Глубокском, Докшицком, Шумилинском, Толочинском районах, где были зарегистрированы потенциальные критические зоны радоноопасности со значениями ОА радона от 100 Бк/м3 до 400 Бк/м3.

Сопоставление полученных данных. Для статистического сопоставления радоноопас-ности по методу КРП и картированию ОА радона в жилых зданиях был проведён дисперсионный анализ данных результатов моделирования и экспериментальных исследований.

Учитывая, что КРП представлен факторами, оказывающими влияние на ОА радона, между КРП и ОА радона в жилых зданиях имеется сильная (коэффициент корреляции r = 0,81±0,001) достоверная (t эмп = 810 > t ст = 1,961 при p < 0,05) корреляционная связь [14]. Было составлено уравнение линейной регрессии измеренных среднегодовых значений ОА радона в жилых зданиях НП Республики Беларусь, накопленных за период 2004-2015 гг. [15, 16] и КРП. Данное уравнение перехода от КРП к ОА радона имеет вид (2):

ОА изм = КРП · 6200 + 40 , (2)

где ОА изм – измеренные среднегодовые значения ОА радона в жилых зданиях НП Республики Беларусь, накопленные за период 2004-2015 гг., Бк/м³; КРП – комплексный радоновый показатель, отн. ед.

По представленному уравнению линейной регрессии, используя значения КРП, были восстановлены ожидаемые среднегодовые значения ОА радона в жилых зданиях и сопоставлены с экспериментальными данными измерений среднегодовых значений ОА радона в жилых зданиях НП Республики Беларусь, накопленных за период 2004-2015 гг. [15, 16].

Для статистического сопоставления результатов моделирования и экспериментальных исследований был проведён дисперсионный анализ данных. Эмпирическое значение F-критерия Фишера значительно меньше его критического значения (F эпм =0,249 < F крит =3,84) при уровне значимости p>0,05. Это означает, что разница между выборками не значима. Статистические различия между модельными и практическими результатами отсутствуют.

Заключение

Методика по определению радоноопасности территории по комплексному радоновому показателю учитывает целый ряд факторов [14]. С его помощью можно определить географическое положение критических зон радоноопасности и составить тематические карты этих территорий без проведения дорогостоящих, длительных, широкомасштабных исследований. При этом для принятия конкретных решений по дальнейшему проведению противорадоновых контрмер необходимо в критических зонах радоноопасности провести детальные исследования среднегодовых значений ОА радона в жилых зданиях [3]. Согласно методике определения ра-доноопасности по картированию ОА радона в жилых зданиях специалистами ОИЭиЯИ проведён широкомасштабный мониторинг радона в воздухе зданий Гомельской, Могилёвской и Витебской областей, на основе которого составлена карта ОА радона в жилых зданиях [16]. Необходимо отметить, что результаты, полученные по обеим методикам, являются схожими, и каждая из них может быть использована для анализа радоновой обстановки. Это подтверждает и статистическая обработка результатов моделирования и экспериментальных исследований, согласно которой не обнаружено достоверных различий между результатами двух указанных подходов. По обеим методикам показано, что наиболее неблагоприятные условия по радону наблюдается для Могилёвской области в Круглянском, Шкловском, Горецком, Белыничском, Могилёвском, Дрибинском районах; для Витебской области в Верхнедвинском, Россонском, Миорском, Шарковщинском, Глубокском, Докшицком, Толочинском, Шумилинском районах (частично в ряде других районов). Наиболее целесообразным будет применение методики комплексного радонового показателя с целью снижения финансово-временных затрат и сужения площади исследований до территории потенциальных критических зон радоноопасности, и последующее исследование среднегодовых значений ОА радона на данных территориях.