Взаимосвязь динамики концентрации радона в школьных зданиях с микроклиматическими и метеорологическими факторами

В последние годы выявилась особая роль радона в облучении людей в бытовых условиях и на рабочих местах, казалось бы, далеких от радиационно-опасных объектов и технологий, то есть касающихся практически каждого из нас.

Однозначно доказано, что неблагоприятные последствия воздействия радона и его дочерних продуктов проявляются в увеличении числа заболевших раком легких [1–3].

Существенной особенностью проблемы радона является непредсказуемость его концентрации в данном конкретном помещении.

Характеристика подстилающих пород, данные о содержании в них естественных радионуклидов, наличие и направленность тектонических разломов позволяют лишь предположительно судить об уровнях радона.

Фактические значения содержания радона в помещении сильно зависят от конкретной конструкции здания, вентиляции, микроклиматических, метеорологических и прочих условий и выявляются только в ходе радиационного обследования [3].

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Заключалась в оценке диапазонов и изучении многофакторных зависимостей изменения концентрации радона в помещениях школ города Воронежа.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Для выполнения поставленной цели использовались различные методы измерения объемной активности радона – интегральные, экспрессные и непрерывные (с помощью радон-монитора).

Как известно, наибольшую погрешность в оценку среднегодового значения концентрации радона вносят временные вариации этой величины [2]. Колебания концентрации радона в воздухе помещений существенно затрудняют оценку степени ее радиационной опасности для человека.

Для того, чтобы оценить типичный диапазон этих изменений и изучить закономерности поступления радона в помещения с 22 сентября по 22 октября, каждые 4 часа осуществлялась регистрация объемной активности радона с помощью монитора. Время экспозиции составляло 40 минут. Для оценки микроклиматических параметров измерялась температура воздуха в помещении.

Одновременно оценивалось содержание дочерних продуктов торона в воздухе [по числу зарегистрированных а -распадов, соответствующих ²¹⁶Ро (ТhА)]. Измерения проводились на первом этаже средней школы в малом спортивном зале с досча-тыми полами. Помещение располагалось непосредственно на грунте, техподполья под ним не имелось. Окна на протяжении всего периода измерений были закрыты, и возможность сквозного проветривания отсутствовала. Выбор помещения определялся высокими мгновенными значениями объемной активности радона, зарегистрированными в нем – до 581 Бк/м³ и возрастной группой детей (в спортзале занимаются учащиеся первого-третьего классов). Эксперимент проводился в течение месяца.

Исследование было дополнено метеорологической информацией, полученной в Воронежском областном центре по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯИ ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

За период наблюдения объемная активность радона менялась от 4 до 334 Бк/м3. Среднее ариф- метическое значение составило 54,5 Бк/м3, медиана – 26 Бк/м3.

Суточные колебания концентрации радона в спортзале оказались практически непредсказуемыми. С несколько большей частотой максимальные значения регистрировались в 13, 17 и 21 часы (в 66 % случаев), а минимальные – в 5 и 9 часов (75 % случаев). С 9 до 17 часов, когда спортивный зал посещается детьми, объемная активность радона в отдельные дни могла почти не изменяться (27, 28 сентября и 10, 12 и 21 октября), либо менялась не более, чем в 2 раза (26 сентября и 3, 8, 9 и 19 октября), что при низких концентрациях радона, порядка 10–50 Бк/м3, несущественно.

Однако в другие дни максимальные и минимальные величины этих вариаций различались в 3– 8 раз, а 25, 29, 30 сентября и 5, 18 и 20 октября в 10 раз и более. Сколько-либо существенных уровней радона в помещении не было обнаружено.

Проведенное исследование показало, что работа системы отопления может оказывать влияние на концентрацию радона в помещении.

На рис. 1 приводятся значения объемной активности радона и температуры воздуха, одновременно регистрируемые в течение 30 дней в помещении.

Рис. 1. Изменения во времени объемной активности радона и температуры воздуха в школьном спортивном зале

Как можно видеть на рисунка, с момента включения отопления (2 октября, вторая половина дня, соответствующий номер измерения – 61) пики радона становятся заметно шире. Расчеты показали, что средняя концентрация радона в спортзале с началом отопительного сезона увеличилась в два раза (65 Бк/м3) по сравнению с доотопительным периодом (33 Бк/м3). Скорее всего, это объясняется повышением потока радона за счет увеличения разности температур вне и внутри помещения. В то же время прямой связи между температурой воздуха и объемной активностью радона в помещении не было обнаружено. Причина этого, по-видимому, кроется в том, что всасывающий эффект помещения значительно изменяется в зависимости от множества других (в том числе климатических) условий.

Для установления корреляции между концентрацией радона в помещении и пятью метеорологическими переменными параметрами – температурой атмосферного воздуха, барометрическим давлением, скоростью и направлением движения ветра и относительной влажностью, анализировались усредненные по шести измерениям (среднесуточные) объем- ные активности радона в помещении. Зависимость между концентрацией радона и метеорологическими факторами иллюстрирует рис. 2.

22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 2 3 4 5 6 7 1 9 10 И 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Д*

Рис. 2. Вариации концентрации радона и метеорологических параметров в помещении школы

Изображенные на рисунке данные измерений показывают колебания концентрации радона в помещении при изменении атмосферного давления, носящие противофазный характер. То есть пять радоновых пиков из шести (максимумы 24.09; 03.10; 06.10; 11.10 и 21.10) формируются на фоне практически синхронного падения атмосферного давления, одновременно увеличивается и скорость ветра. Так, с 23-го на 24-е сентября, при снижении атмосферного давления на 4,8 мм рт. ст., объемная активность радона увеличилась в 3 раза (с 30 до 90 Бк/м3). Скорость ветра составила 3 м/с.

Со 2-го на 3-е октября атмосферное давление уменьшилось на 5,6 мм рт. ст., а концентрация радона возросла в 2,7 раза (с 41 до 110 Бк/м3). Скорость ветра составила 3,8 м/с. С 9-го по 11-е октября при снижении атмосферного давления на 10,6 мм рт. ст. уровень радона вырос более чем в 3 раза (с 42 до 132 Бк/м3). Ветер усилился с 1,5 до 3,9 м/с.

С 19-го по 21-е октября давление уменьшилось на 13,6 мм рт. ст., концентрация радона увеличилась в 6 раз (с 13 до 79 Бк/м3), а скорость ветра выросла с 1,1 до 3,0 м/с.

Самый высокий пик концентрации радона наблюдался с 4-го по 6-е октября. Атмосферное давление упало на 6,8 мм рт. ст., а объемная активность радона увеличилась почти в 12 раз (с 13 до 152 Бк/м3). Скорость ветра возросла с 3,3 до 7,1 м/с. В эти же дни была зарегистрирована максимальная мгновенная объемная активность радона.

Таким образом, по времени совпали следующие критические величины: минимальное зафиксированное атмосферное давление – 733,2 мм рт. ст., максимальные мгновенная и среднесуточная концентрации радона – 334 и 152 Бк/м3 и максимальная за период наблюдения скорость ветра – 7,1 м/с.

С 13-го по 14-е октября увеличение концентрации радона в помещении происходило при одновременном возрастании атмосферного давления. Однако рассматриваемый период отличался от остального резкого увеличения (в 4 раза) силы ветра (до 5,8 м/с) и изменением его направления. Как известно, более низкие показатели давления воздуха в помещении возникают, в частности, и из-за обдувающего окна наружного воздуха, а разница в давлениях в одну десятитысячную атмосферы может обусловливать всасывающий эффект. По-видимому, в данной ситуации большая ветровая нагрузка на здание и явилась определяющим фактором. Представленные данные по относительной влажности и температуре атмосферного воздуха в сопоставлении с объемной активностью радона в помещении не поддаются анализу. Здесь необходимы специальные измерения с обеспечением постоянства прочих, влияющих на концентрацию радона условий.

Обращают на себя внимание сравнительно низкие концентрации радона, зафиксированные в сентябре, по сравнению с данными, полученными во время зимнего отопительного сезона. Так, в результате 2-недельных интегральных измерений, проведенных с 3-го по 18-е апреля, среднее значение объемной активности радона составило 510 Бк/м3. К нему близка концентрация, полученная в ходе массовых измерений (581 Бк/м3).

Более низкие концентрации радона в сентябре предположительно могут быть связаны с небольшим градиентом температур между атмосферным воздухом и воздухом помещения, установившимся в этот период. В холодные месяцы года, когда действует отопительная система, перепад температур оказывается существенно большим.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В целом зависимость концентрации радона от метеорологических и микроклиматических условий не вызывает сомнения. Однако по результатам эксперимента можно сделать вывод, что соотношение этих процессов является достаточно сложным, влияние отдельных факторов трудно вычленить, так как они могут быть взаимозависимы, и одни из них перекрывают действие других.