Расчет некоторых радиологических характеристик строительных изделий

Многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых показывают, что основной радиационный фон на нашей планете создается за счет естественных источников излучения [1]. Радионуклиды естественного происхождения (ЕРН) присутствуют практически во всех объектах окружающей среды (воздухе, почве, воде). Исследования показали, что дозовые нагрузки природной радиации формируются в значительной мере за счет радионуклидов, входящих в, так называемую, группу «радон» [2, 3]. Понятием «радон» объединяется группа из 19 изотопов, из которых только три (радон, торон, актион) распространены в природной среде в значимых концентрациях. Все они активно мигрируют в структурах земной коры. От всех природных источников ионизирующих излучений человек получает в среднем эквивалентную дозу, которая составляет 2,4 мЗв/год, основную же – вдыхая воздух помещений, где концентрация радона, в частности, может в 6 - 8 раз быть выше, чем во внешнем воздухе. Вклад в радиационный фон помещений вносят также и строительные материалы (СМ), содержащие радионуклиды – дочерние продукты распада радона (ДПР) [4-8]. Известно, что радиоактивность строительных материалов зависит от ряда факторов: химического состава исходного сырья, его месторождения, вида горной породы, или искусственного привнесения в него из окружающей среды радиоактивных веществ-загрязнителей.

При строительстве современных жилых зданий в настоящее время большое внимание уделяется безопасности строительных материалов. Современные промышленные технологии позволяют производить разнообразную продукцию из различного сырья и, как показывают исследования, не всегда из экологически «чистого». К веществам, вредным для здоровья человека относят радиоактивные вещества (радий 226, торий 232, калий 40, цезий 137).

В связи с этим, цель данной работы – измерение радиационного фона, возникающего в результате эксхаляции радона, его ДПР и других радионуклидов из некоторых строительных материалов, является актуальной.

В качестве исследуемых образцов были выбраны следующие строительные материалы: 1 – песок карьерный, 2 – цемент, изделия ( 3 – кирпич красный, 4 – кирпич шамотный, 5 – кирпич белый силикатный, 6 – пеноблок).

Для измерения уровня ионизирующего излучения применялись приборы: индикатор радиоактивности РАДЭКС РД 1503 (Россия) и дозиметр-радиометр бытовой АНРИ-01-02 «СОСНА» (Россия), позволяющие оценивать радиационную обстановку по величине мощности амбиентного эквивалента дозы γ-излучения с учетом загрязненности объектов источниками β-частиц или по величине мощности экспозиционной дозы с учетом загрязненности объектов источниками β-частиц. Данные приборы позволяют оценить уровни радиации на местности, в помещениях и оценить радиоактивность загрязнения материалов и продуктов. При оценке радиационной обстановки необходимо помнить, что ионизирующее излучение имеет статистический вероятностный характер, поэтому показания прибора в одинаковых условиях не могут быть строго постоянными. Для достоверного определения уровня мощности дозы были проведены от 10 до 15 циклов наблюдения, не выключая прибора.

При определении радиоактивного загрязнения строительных материалов прибор подносился к объекту обследования на расстоянии 5-10 мм левой боковой стороной (с прорезями) или устанавливался непосредственно на образец. Измерения проводили в двух позициях: 1 – боковая торцевая поверхность кирпича или блока, 2 – плоскость сечения изделия (скол). В изделиях 3, 4, 5, 6 замеры проводились в 2 позициях, что обусловлено необходимостью выявления возможного различия в величинах мощности экспозиционной дозы (Ф) на внешней поверхности, обращенной во внутренние помещения зданий, и поверхности скола или разреза.

Анализ результатов исследования позволил выявить следующие особенности:

• -    влияние природы материала и изделия на величину мощности экспозиционной дозы;

• -    влияние поверхности на величину Ф ;

Результаты определения фоновой мощности экспозиционной дозы в выбранных строительных материалах представлены в табл. 1, 2.

Таблица 1. Значения величины мощности доз исследуемых материалов на внутренней поверхности (позиция №1) и сколе (позиция №2). РАДЭКС РД 1503

Таблица 2. Значения величины мощности доз исследуемых материалов на внутренней поверхности (позиция №1) и сколе (позиция №2). Анри-01-02 Сосна

Установлено, что значения Ф всех исследуемых изделий незначительно превышают или приближены к значениям фоновой мощности экспозиционной дозы, установленной для Саратовской области (15 мкР/ч). Из всех представленных образцов лишь песок и цемент в позиции 1 соответствует нормативным требованиям. Результаты исследования также показали, что на сколе образцов значения фоновой экспозиционной мощности выше. Так для белого кирпича Ф возрастает ~ на 9 %, шамотного – ~ 11 %, пеноблока – ~12 %. Таким образом, можно сделать вывод о том, что при производстве данных строительных материалов, вероятно, не было учтено присутствие природных радионуклидов в исходном сырье в концентрациях.

Согласно [9] производителями строительных материалов обязательно проводятся регулярные исследования образцов строительных материалов на удельную эффективную активность естественных радионуклидов: Радия-226, Тория-232 и Калия-40. Критерием оценки является удельная эффективная активность радионуклидов (Аэфф.), по которой устанавливается принадлежность материала или изделия к 1, 2 или 3 классу и определяются возможные области его использования. Предположим, что радионуклидный состав в образцах неизменен и образцы имеют равномерность радиоактивного загрязнения, тогда мощности экспозиционной дозы в 1 мР/ч соответствует плотность загрязнения поверхности порядка 3500 Ки/км2. С учетом этого и измеренных значений (табл. 1, 2) нами была рассчитана плотность загрязнения поверхности, т.е. поверхностная активность исследуемых образцов (табл. 3).

Табл. 3. Поверхностная активность строительных материалов среднее. Анри-0102 Сосна

Исходя из определения поверхностной активности [10, 11] можно подсчитать удельную активность строительных материалов (табл. 4).

Табл. 4. Удельная активность исследуемых образцов. Анри-01-02 Сосна

Учитывая, что в удельную активность вносят вклад все те же радиоизотопы, то можно предположить, что рассчитанная активность будет отражать удельную эффективную активность стройматериалов. Согласно [9] активность материалов применяемых для жилых помещений не должна превышать 370 Бк/кг (1 класс безопасности), для дорожного строительства в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных зданий и сооружений - 370 ^ 740 Бк/кг (2 класс безопасности), для дорожного строительства вне населенных пунктов - 740 ^ 1350 Бк/кг (3 класс безопасности).

Анализ табл. 4 показал, что песок, цемент и пеноблок могут быть использованы как исходное сырье или строительные материалы. Удельная активность красного кирпича превышает норму на ~ 46 %, шамотного кирпича – ~42 %, белого кирпича – ~ 62 %. Рассчитанные значения удельной активности всех представителей кирпича свидетельствуют о том, что данные изделия относятся ко 2 классу безопасности и не могут быть использованы при строительстве жилых помещений.