автореферат диссертации по энергетике, 05.14.16, диссертация на тему:Обеспечение радоновой безопасности объектов строительного комплекса и помещений



ВОЛГОГРАДОМ Я ГОСУДАРСТВЕННА Я АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНА Я АКАДЕМИ Я

На правах рукописи

СИД Я КИН ПАВЕЛ АЛЕКСЕЕВИЧ

»ЕСПЕЧЕНИЕ РАДОНОВОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА И ПОМЕЩЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ)

Специальность 06,14,16 - Технические средства и методы защиты окружающей среды (строительство)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители -академик АИН наук Украины, доктор технических наук, профессор Ю.Д. Козлов кандидат технических наук, доцент О.П, Сидельникова

Волгоград -1999 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Обозначения и сокращения, используемые в работе........... 5

Введение.................................................... 6

Глава 1. Современное состояние исследований радиационного фона объектов строительного комплекса и окружающей среды, обусловленного радоном (литературный обзор)................... 13

1.1. Источники облучения населения............................ 13

1.2. Источники поступления радона в помещения................. 17

1.3. Пространственное распределение радона в атмосферном воздухе, эманирование 222Р?п из пород и концентрация радона в воде .. 22

1.4. Активность радона и дочерних продуктов его распада в поме- 32 щениях......................................................

1.4.1. Эксхаляция радона............................. ........ 44

1.4.2. Коэффициенты экранирования радона в строительных материалах....................................................... 49

1.5. Биологическое воздействие радона на организм человека..... 54

1.6. Методы снижения уровня облучения, обусловленного радоном и

ДПР......................................................... 58

Выводы и заключения по главе 1................................ 57

Глава 2. Приборы, оборудование, методы и организация исследований ........................................................ 58

2.1. Организация контроля радона в стройиндустрии.............. 59

2.2. Приборы и оборудование для мониторинга радона...... ..... 61

2.2.1. Комплект приборов для мониторинга радона на базе сцинтил-ляционного гамма-спектрометра................................ 65

2.2.2. Сцинтилляционный гамма-спектрометр.................... 67

2.3. Методы исследований..................................... 72

2.3.1. Методы определения ОА радона в воздухе помещений...... 72

2.3.2. Метод измерения потоков радона с эманирующих поверхностей (скорости эксхаляции).................................... 75

2.3.3. Метод определения коэффициента эманирования радона и

эффективной удельной активности радия..............................................76

2.3.4. Метод определения содержания радона в воде..........................77

2.4. Достоверность исследований............................................................79

Выводы и заключения по главе 2 ... ......................................................81

Глава 3. Исследования активности радона в объектах окружающей

среды и строительного комплекса............................................................83

3.1. Радоновыделение с поверхностей почв и горных пород................83

3.2. Концентрация радона в атмосферном воздухе................................94

3.3. Содержание радона в воде..................................................................94

3.4. Концентрация радона в помещениях..................................................96

3.4.1. Концентрация радона в помещениях, построенных из различных строительных материалов ..................................................................96

3.4.2. Изменение ОА радона в помещениях в течение года..................99

3.4.3. Концентрация радона в жилых помещениях различного назначения ................................................................................................................103

3.5. Загрязнение объектов окружающей среды радоном и ДПР при производстве строительных материалов................................................105

3.5.1. Загрязнение атмосферного воздуха и поверхности почвы .... 105

3.5.2. Концентрация радона в производственных помещениях предприятий строительного комплекса............................................................115

Выводы и заключения по главе 3..............................................................118

Глава 4. Разработка и применение методов снижения уровня облучения, обусловленного радоном и ДПР....................................................120

4.1. Подбор строительных материалов с учетом эффективной удельной активности радия........................................................................120

4.2. Применение отделочных материалов для снижения поступления радона в помещения..............................................................................138

4.3. Снижение поступления радона в помещения из почвы под зданием ................................................................................................................142

4.4. Вентиляция помещений........................................................................143

4.5. Снижение поступления радона в объекты окружающей среды от

производственных источников....................................................................147

Выводы и заключения по главе 4..............................................................151

Глава 5. Экономические аспекты снижения воздействия ЕРН, радона и ДПР на население............................................................................153

Выводы и заключения по главе 5..............................................................158

Основные выводы и заключения по работе......................................159

Список литературы....................................................................................181

Приложения..................................................................................................175241

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ

А] - удельная активность Ко радионуклида, Бк

Аэфф - эффективная удельная активность естественных радионуклидов, Бк/кг Аяа- удельная активность радия, Бк/кг А^а эфф - эффективная удельная активность радия, Бк/кг С - объемная активность радона в помещениях, Бк/м3 С0 - концентрация радона в атмосферном воздухе, Бк/м3 Сэкв - эквивалентная равновесная объемная активность радона в помещениях, Бк/мэ

Р - коэффициент равновесия между радоном и дочерними продуктами его распада

8| - коллективная доза, Зв

Я - скорость эксхаляции (плотность потоков) радона, Бк/(м2-с) 1 - длина диффузии радона, см р - пористость материала, % р - плотность, кг/м3

>1 - коэффициент эманирования радона - постоянная распада радона, с'1 кратность воздухообмена в помещениях, с'1

СОКРАЩЕНИЯ ДПР - дочерние продукты распада ЕРН - естественные радионуклиды МКРЗ - международная комиссия по радиационной защите МРУ - ежемесячный рабочий уровень НК ДАР - научный комитет по действию атомной радиации НРБ - нормы радиационной безопасности ОА - объемная активность РУ - рабочий уровень ТРИ - техногенные радионуклиды ЭЭД - эффективная эквивалентная доза ЭРОА - эквивалентная равновесная объемная активность

Явление радиоактивности было открыто около 100 лет назад. До последнего времени население промышленно развитых стран мира былс твердо убеждено, что главная опасность, исходящая от радиации - этс ядерные взрывы и выбросы атомной промышленности. Но в последние годы выяснилось, что вдали от атомных предприятий, в местностях, где не было никаких шлейфов от радиоактивных выпадений, большое число людей, находясь у себя дома, получают значительную дозу облучения [13].

О трагических последствиях длительного пребывания в воздушной среде с высокой концентрацией радона было известно еще в XVI веке, когда о самом газе ничего не было ведомо [4]. В горах Южной Германии рудокопов уносила загадочная болезнь - "горняцкая чахотка". Практиковавшие в то время знаменитые врачи Агрикола и Парацельс указывали е своих трудах о существовании в рудниках забоев газов, где люди испытывали одышку, усиленное сердцебиение, а некоторые теряли сознание и погибали. Ни на вкус, ни на запах в воздухе не наблюдалось каких-либс примесей [3,4].

К началу 40-х годов нашего века почти ни у кого не возникало сомнений, что основная причина рака легких у шахтеров - а-излучение радона С начала 50-х годов стали проводиться регулярные измерения концентрации радона в рудниках и приниматься меры к ее снижению [4,5].

С конца 70-х годов под руководством Научного комитета по действию атомной радиации (НК ДАР) ООН специалисты разных областей наукк подвергают накопленный материал о действии радона на организм человека тщательному анализу [6,7]. В итоге получен важнейший результат соотношение риск - экспозиция (связь между вероятностью возникновения раковых заболеваний и временем пребывания человека в атмосфере с заданной концентрацией радона) [8,9].

В нашей стране интерес к. действию радиации на человека заметно возрос после аварии на Чернобыльской АЭС (1986 г.). Это связано с тем, что последствия этой аварии наглядно продемонстрировали всю опасность, исходящую от радиационного воздействия.

В 1990 г. были введены в действие временные критерии [10], где впервые устанавливались нормативные значения концентрации радона для помещений. Однако данный документ носил только рекомендательный характер, В 1994 г. принята Федеральная целевая программа "Радон" [11], в которой предусматривалось проведение широкомасштабных исследований объемной активности радона в зданиях и сооружениях регионов и городов, районирование страны по категории радоноопасности и т.д. В декабре 1995 г. был принят Федеральный закон "О радиационной безопасности населения" [12], где отмечено, что облучение населения, обусловленное радоном и продуктами его распада в жилых и производственных помещениях, ограничивается нормативами. В дальнейшем эти нормативы были изложены в НРБ-96 [13].

Проведенные к настоящему времени в небольшом объеме отечественные исследования свидетельствуют о наличии в Российской Федерации ряда районов, опасных по природным источникам ионизирующего излучения (Краснокаменск, Белокуриха, Выборг, Пятигорск и др.). Содержание радона в жилых и общественных зданиях этих районов в десятки и сотни раз превышают действующие гигиенические нормативы [13].

На основании НРБ-96 объектами контроля должны стать как сырье строительных материалов и участки, отведенные под строительство сооружений, так и завершенные строительные конструкции и здания. При этом необходимо отметить, что радиационный контроль на всех стадиях производства и строительства может обеспечить принятие альтернативных решений. Тогда как контроль концентрации радона только внутри готовых зданий может привести к крупным экономическим затратам.

Актуальность. Природные источники ионизирующего излучения вносят основную дозу облучения населения. Радон вместе с дочерними продуктами распада (ДПР) вносит примерно 3/4 годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации и примерно половину этой дозы от всех источников радиации. Поэтому необходимо исследовать активность радона во всех объектах окружающей среды (атмосферный воздух, почва, вода, воздух помещений и т.д.). Поскольку население промышленно развитых стран мира большую часть времени (около 80 %) проводит внутри помещений, на дозу, обусловленную радоном, существенное влияние оказывают радиационные характеристики строительных материалов и почвы под зданием. В зависимости от изменения этих характеристик меняются и индивидуальные дозы в зданиях, построенных из различных материалов и на различных участках. Поэтому исследования объемной активности (ОА) радона, факторов, влияющих на ее изменение, разработка нормативной и методической документации, а также методов снижения воздействия радона на население являются актуальной задачей.

Решение проблемы обеспечения радоновой безопасности может быть осуществлено путем комплексных исследований радиационных характеристик строительного сырья, материалов, территорий, атмосферного воздуха, воды, а также концентраций радона в воздухе вновь построенных и эксплуатируемых жилых, общественных и производственных зданий.

Данная работа выполнялась в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 06.07.94 № 809 "О Федеральной целевой программе снижения уровня облучения населения России и производственного персонала от природных радиоактивных источников на 1994-1998 годы", Постановлением № 166 от 22.11.93 о программе "Экология Нижней Волги на 1994-2000 годы".

Цель работы. Снижение радоновой опасности объектов строительного комплекса и помещений.

Задачи исследований:

1. Выявление закономерностей и факторов образования радиационного фона, обусловленного радоном в объектах строительного комплекса и помещениях.

2. Методы и средства снижения активности радона и ДПР в строительном комплексе и помещениях Волгоградской области.

Научная новизна.

Впервые проведены широкомасштабные исследования (более 3 тысяч измерений) радиационных характеристик территорий, строительного сырья, материалов, помещений и воды.

Установлены закономерности распределения радона на объектах строительного комплекса и окружающей среды в зависимости от влияния различных факторов (времени года, применяемых материалов и т.д.). Впервые рассчитаны усредненные годовые эффективные эквивалентные дозы облучения населения Волгоградской области, обусловленные радоном и ДПР.

Установлено, что при производстве строительных материалов происходит загрязнение радоном и ДПР объектов окружающей среды (путем попадания отходов строительного производства, содержащих радон и ДПР в атмосферный воздух, а также за счет эманирования радона из строительного сырья).

Практическое значение.

При участии соискателя создан первый (среди ВУЗов строительного профиля) центр радиационного контроля в стройиндустрии.

Составлена карта эффективных удельных активностей радия месторождений Волгоградской области.

Предложен эффективный радиационный метод (с использованием ускорителя электронов) снижения загрязнения радоном и ДПР объектов окружающей среды при производстве строительных материалов.

Получены районированные данные плотностей потоков радона из почв исследованных территорий, отведенных под застройку зданий. Установ-

лено, что их значения относятся примерно в 50 % ко второй, а некоторые -к третьей категории радоноопасности.

Разработан нормативный материал для использования в стройиндуст-рии с целью ограничения облучения населения в регионе, а также методический материал для подготовки специалистов в области радиационных исследований в строительном комплексе.

Внедрение результатов работы.

Разработаны и приняты к исполнению "Нормы допустимых уровней гамма-излучения, радона на участках застройки и отбора проб" Волгоградской области.

Результаты выполненных исследований внедрены и используются предприятиями стройиндустрии Волгоградской области при разработке строительного сырья на карьерах, в производстве строительных материалов, при отводе участков территорий под застройку и строительстве зданий.

Теоретические положения диссертационной работы, а также результаты экспериментальных исследований используются в учебном процессе при изучении дисциплины "Радиационный контроль в стройиндустрии".

Результаты исследований используются при составлении радиацион-но-гигиенического паспорта Волгоградской области.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались в 1996-1998 гг. на конференциях и симпозиумах: III -IV межвузовские научно-практические конференции студентов и молодых ученых Волгоградской области (Волгоград, 1996-1998 гг.); Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава ВолгГАСА (Волгоград, 1996-1998 гг.); Региональный семинар работников стройиндустрии (Волгоград, 1996 г.); XXIX научно-техническая конференция (Пенза, 1997 г.); Региональная конференция научного общества молодых ученых, аспирантов, адъюнктов, студентов и курсантов (Камышин,

1997 г.); IV Академические чтения "Современные проблемы строительного материаловедения" (Пенза, 1998 г.); Всероссийская конференция "Актуальные проблемы строительного материаловедения" (Томск, 1998 г.); Международная конференция "Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций" (Волгоград, 1998 г.); Годичные экологические чтения (Волгоград, 1998 г.); Научно-практическая конференция "Региональные аспекты реформы жилищно-коммунального хозяйства" (Волгоград, 1998 г.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 15 работах, в том числе 2 статьи в центральных журналах, 4 статьи в научно-методических и экологических сборниках, тезисы докладов, "Нормы допустимых уровней гамма-излучения, радона на участках застройки и отбора проб" Волгоградской области и научно-технический отчет по теме "Исследования радиационных характеристик территорий, минерального сырья и строительных материалов Волгоградской области".

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста, включающего 41 таблицу, 28 рисунков, список, литературы из 171 наименования, 11 приложений.

На защиту выносятся;

- закономерности формирования радиационного фона, обусловленного, радоном, на объектах окружающей среды и строительного комплекса;

- карта радиационных (радоновых) характеристик месторождений строительного сырья;

- закономерности дополнительного радоновыделения из строительных материалов под влиянием их тепловой обработки и загрязнение радоном и ДПР объектов окружающей среды при производс