автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Метод определения коэффициента диффузии радона в материалах ограждающих конструкций зданий

На правах рукописи

Цапалов Андрей Анатольевич

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ РАДОНА В МАТЕРИАЛАХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ

05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ФЕЗ 23

Москва -

2009

003461168

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук

Научный руководитель:

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Гулабянц Лорен Арамович

кандидат физико-математических наук, доцент Лившиц Михаил Исаакович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Гагарин Владимир Геннадиевич

доктор технических наук, профессор Бондаренко Владимир Михайлович

Ведущая организация:

ФГУП "Государственный специализированный проектный институт" Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом».

Защита состоится " " О 2009 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 007.001.01 при Научно-исследовательском институте строительной физики РААСН по адресу: 127238, г. Москва, Локомотивный проезд, д. 21, светотехнический корпус. Телефон: (495) 482-40-76, факс (495) 482-40-60.

С диссертацией можно ознакомиться в научном фонде НИИСФ.

Автореферат разослан

.Д3> „ с>{

2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

И.Л. Шубин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Согласно Нормам радиационной безопасности РФ (НРБ-99) среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность (концентрация) радона в воздухе помещений жилых и общественных зданий не должна превышать установленного предела. С целью выполнения этого требования, в соответствии с действующими нормативно-методическими документами, в настоящее время при проведении инженерных изысканий для строительства оценивается "потенциальная радоноопасность" площади застройки. Критерием оценки служит величина плотности потока радона (ППР) с поверхности грунта на проектируемой площади застройки, определяемая на основе краткосрочных натурных измерений в группе контрольных точек. Данный критерий был установлен на основе решения уравнения радонового баланса упрощенной модели "эталонного дома" в предположении прямой зависимости концентрации радона в помещениях от некоего значения ППР с поверхности грунта. Однако, такая связь фактически не подтверждается, так как формирование радонового режима помещений здания зависит от многих определяющих факторов. Совместное действие этих факторов можно учесть лишь в том случае, если рассматривать здание как единую систему. Ее основные элементы: грунтовое основание здания (основной источник радона); ограждающие конструкции, которые препятствуют проникновению радона из грунта в здание и одновременно сами являются источниками радона; система вентиляции, работа которой обеспечивает удаление поступившего в помещения радона; другие, менее значимые источники радона.

Разработка метода расчетной оценки концентрации радона в помещениях проектируемых зданий является одной из наиболее актуальных задач проблемы обеспечения радонобезопасности объектов современного строительства. Однако, практическое использование любого метода расчета оказывается невозможным при отсутствии представительных исходных данных, которые должны быть использованы в расчете. Поэтому не менее актуальны исследования, направленные на определение расчетных значений физических характеристик грунтов в основаниях зданий и материалов их ограждающих конструкций. Прежде всего, коэффициентов диффузии радона в этих материалах.

Поскольку проблема обеспечения радонобезопасности зданий актуализирована относительно недавно, диффузионная радонопроницаемость многих строительных материалов и грунтов остается малоисследованной. Имеющиеся литературные данные о коэффициентах диффузии радона в различных материалах весьма малочисленны и противоречивы. Это объясняется, в частности, сложностью и трудоемкостью экспериментального определения коэффициентов диффузии с помощью существующих методов и экспериментального оборудования.

Анализ состояния вопроса показывает, что в большинстве проведенных исследований использовались малопроизводительные стационарные методы, требующие больших затрат времени на получение единичного результата.

Главные недостатки известных методов:

• длительное время эксперимента;

• неизбежное при проведении эксперимента нарушение структуры (следовательно, свойств) исследуемого образца;

• изменение состояния (например, влажности и плотности) исследуемого образца в процессе эксперимента;

• ограничение допустимой толщины исследуемого образца;

• неустановленная точность определения коэффициента диффузии радона.

Целью диссертации является разработка усовершенствованного метода и экспериментальной установки для ускоренного определения коэффициента диффузии радона в материалах ограждающих конструкций зданий и их грунтовых оснований.

Для достижения цели в диссертации решены следующие задачи:

1. Проведен анализ известных методов экспериментального определения коэффициента диффузии радона и определены их недостатки.

2. Определен наиболее продуктивный метод и пути его усовершенствования в части расширения области применения, сокращения времени эксперимента, повышения точности измерений.

3. Разработана теоретическая основа усовершенствованного метода, основанная на математическом решении краевой задачи нестационарного диффузионного массопереноса радона в образце материала неограниченной толщины со стоками радона при соответствующих условиям эксперимента начальных и граничных условиях.

4. Разработана и изготовлена экспериментальная установка, реализующая усовершенствованный метод измерений.

5. Разработаны методики проведения и обработки результатов измерений.

6. Экспериментально определены коэффициенты диффузии радона в наиболее исследованных материалах, полученные результаты сопоставлены с литературными данными.

Научная новизна работы заключается в разработке теоретической основы усовершенствованного метода определения коэффициента диффузии радона в строительных материалах и грунтах в нестационарном режиме массопереноса.

Положения, выносимые на защиту:

1. Теоретическая основа метода определения коэффициента диффузии радона в материалах ограждающих конструкций зданий и грунтах.

2. Установленные соотношения геометрических параметров рабочей камеры экспериментальной установки и образцов испытуемых материалов, при которых достигается требуемая точность измерений.

3. Экспериментальная установка и методика экспериментального определения коэффициента диффузии радона в материалах ограждающих конструкций зданий и грунтах.

4. Результаты экспериментальных исследований коэффициента диффузии радона в различных материалах.

Практически значимые результаты работы:

1. Созданы метод и экспериментальное устройство для ускоренного определения коэффициентов диффузии радона в твердых, сыпучих, рулонных, пленочных и иных строительных материалах и грунтах.

2. Разработана методика и получены результаты экспериментального определения коэффициентов диффузии радона в бетоне и рулонном гидроизоляционном материале на битумной основе.

Результаты работы внедрены в виде:

1. Опытного образца экспериментального устройства для определения коэффициента диффузии радона в материалах.

2. Проекта Стандарта НИИСФ РААСН "Метод определения коэффициента диффузии радона в материалах ограждающих конструкций зданий".

3. Пополнения базы данных НИИСФ о расчетных значениях коэффициентов диффузии радона в различных материалах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Личный вклад автора. Определение цели работы, разработка теоретической основы усовершенствованного метода и постановка краевой задачи массопереноса осуществлены автором совместно с д.т.н, профессором Л.А.Гулабянцем. Решение краевой задачи получено автором совместно с к.ф.-м.н., доцентом М.ИЛифшицем.

Автором осуществлен выбор наиболее продуктивного метода определения коэффициента диффузии радона, на основе полученного решения исследованы закономерности его массопереноса, разработана и создана реализующая метод экспериментальная установка. Проведены теоретические и экспериментальные исследования с целью оптимизации работы элементов установки. Разработаны методики подготовки образцов из материалов различного типа, проведения измерений и обработки полученных результатов. На созданной установке определены коэффициенты диффузии радона в контрольных образцах из материалов различного типа.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 83 наименований, четырех приложений. Общий объем - 147 страниц, включая 42 иллюстрации и 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе показаны особенности процесса массопереноса радона и измерения его концентрации (объемной активности) в газопроницаемой среде, приведен обзор известных методов определения коэффициента диффузии радона в различных материалах и выполнен их сравнительный анализ.

Основная особенность исследований процесса переноса заключается в том, что из-за чрезвычайно малых массовых концентраций радона в воздухе и испытуемых материалах невозможна инструментальная регистрация его массы

5

современными средствами. Поэтому вместо измерения массовой концентрации радона принято измерять объемную активность (Бк/м3) его короткоживущнх дочерних продуктов распада в состоянии радиоактивного равновесия. Эта величина прямо пропорциональна массовой концентрации и представляет собой количество распадов ядер атомов радона в единицу времени (Бк) в единице объема.

Существенная трудность экспериментальных исследований процесса массопереноса радона обусловлена также тем, что современные методы измерений не позволяют производить регистрацию мгновенных значений его объемной активности. Все существующие методы основаны на регистрации статистически достоверного количества актов распада в течение некоторого интервала времени, который должен быть тем больше, чем ниже активность радона в заданном объеме.

Первые отечественные и зарубежные публикации о методах и результатах измерений появились в 30-х годах XX столетия и были связаны с исследованием физико-химических свойств изотопов радона. Последующие исследования процессов диффузионного массопереноса радона в рыхлых, осадочных породах земной коры проводились в связи с попытками создания методов геологической разведки ураноносных месторождений.

Начиная с 50-х годов, с развитием горнодобывающей промышленности, для изучения закономерностей формирования и прогноза радоновой обстановки в горных выработках потребовалось создание более совершенных методов и средств для определения коэффициента диффузии радона в плотных рудных образованиях и горных породах. В эти годы и последующий период продолжалось развитие лабораторных методов, а также были созданы как стационарные, так и первые нестационарные методы приближенного определения коэффициента диффузии радона в натурных условиях. Среди разработчиков этих методов: А.Г.Граммаков, И.Ф.Попретинский, Ю.П.Булашевич, А.С.Сердюкова, Ю.Т.Капитанов, Л.Д.Салтыков, И.М.Хайкович, И.В.Павлов, М.СиЫ, М.васМ и многие другие отечественные и зарубежные ученые.

Натурные методы отличались большой трудоемкостью, а получаемые с их помощью результаты обладали низкой точностью и воспроизводимостью.

Примерно с 70-х годов XX столетия актуализируется "проблема радона в жилищах". Работы, связанные с исследованием процессов формирования радоновой обстановки в зданиях и разработкой методов их противорадоновой защиты, потребовали создания более точных методов и средств для лабораторных исследований коэффициента диффузии радона уже не только в грунтах, но и в материалах ограждающих конструкций зданий.

Большинство методов определения коэффициента диффузии радона в материалах в стационарном режиме массопереноса основаны на решении уравнения вида

2

О^Р-А-С(х) = 0, (1)

дх2

где С(х) - распределение объемной активности радона в образце, Бк/м3;

О - коэффициент диффузии радона, м2/с;

Л — постоянная распада радона, равная 2,09*10~б 1/с.

Уравнение (1) получено при следующих допущениях:

• перенос радона происходит в одном направлении перпендикулярно сечению образца, при этом влияние краевых эффектов на его боковой поверхности пренебрежимо мало;

• барометрические давления на границах образца в течение эксперимента одинаковы;

• выделения радона в материале образца пренебрежимо малы;

• сорбция радона в материале образца отсутствует.

Во всех методах стационарного режима используется источник радона постоянного действия и требуется длительная выдержка экспериментальной установки (до 4-х недель) для установления в ней стационарного процесса. Источник может находиться как внутри образца, так и снаружи, как, например, показано на рис. 1. Варианты расположения источника, а также способы выдержки установки и пробоотбора воздуха из камер для определения активности накопившегося радона, обуславливают различие методических подходов к проведению исследований.

с,

С2(х)

Со

X

Рис. 1. Схема проведения измерения с использованием постоянного источника радона. 1 - экспозиционная камера; 2 - образец испытуемого материала; 3 - пробоотборная камера; 4 - источник радона; С], С3, С2 (*) - объемная активность радона в камерах и образце, соответственно, Бк/м3.

Метод, использованный в работе Н.В.Демина и др., а также Dadong Iskandar и др., можно считать классическим. Его применение уже на ранней стадии исследований позволило определить значения объемных коэффициентов диффузии радона для некоторых наиболее распространенных строительных материалов и грунтов. Метод основан на определении соотношения установившихся объемных активностей радона в экспозиционной (с источником радона неопределенной мощности) и в пробоотборной камерах, между которыми заключен испытуемый образец (рис. 1).

В работе Pedro L.Fernandez и др. представлена теоретическая основа метода измерения объемного коэффициента диффузии в радононепроницаемых мембранах с учетом сорбции радона в материале. Использованная авторами схема измерения аналогична показанной на рис. 1, но применен источник радона известной мощности.

В работе К.Коу1ег и др. приводится математическое обоснование метода определения объемного коэффициента диффузии радона в твердых образцах ограниченной толщины из бетона и гипса. Схема измерения с расположением источника радона известной мощности внутри экспозиционной камеры соответствует рис.1.

В работе О.КеИег и др. приводятся описание метода, экспериментальной установки, а также результаты определений коэффициента диффузии радона в природных образованиях и строительных материалах. Отличие метода заключается в способе выдержки и проведения измерений.

В работе В.Ь.СоЬеп сформулирована теоретическая основа метода, а ХУ.В.БПкег и В.11.Ка1к\уагГ разработана экспериментальная установка и определены эффективные коэффициенты диффузии радона в грунтах. Принципиальное отличие метода - отсутствие пробоотборной камеры. Накопление радона и пробоотбор для измерения его активности осуществляются в экспозиционной камере, в которой находится источник радона известной мощности. Метод позволяет определить значение коэффициента диффузии по величине соотношения мощности источника к установившейся объемной активности радона в экспозиционной камере

В работе 1.СояпЩа и др. представлены два стационарных метода с источником радона внутри образца. В одном - точечный источник известной мощности расположен внутри полого цилиндрического образца с герметизированными торцевыми плоскостями, в другом - источник радона с известной объемной мощностью равномерно распределен внутри образца кубической формы. В результате диффузии образующийся радон проникает через образец и выделяется в окружающее пространство. Скорость выделения радона устанавливается экспериментально.

Лабораторные исследования диффузионной радонопроницаемости материалов в нестационарном режиме массопереноса стали проводиться относительно недавно. Пока известны два принципиально отличающихся друг от друга метода - "постоянного" и "мгновенного" источника.

В работе С^ара1ас представлены теоретическая основа нестационарного метода "постоянного источника", а также схема экспериментальной установки и результаты определения эффективного коэффициента диффузии радона в тонких образцах бетона.

Соответствующая условиям эксперимента математическая формулировка задачи массопереноса радона в испытуемом образце представлена в виде уравнения

дС2(х,т) = пд2С2(х,т)

дт дх2

с начальными и граничными условиями

С2(х,т<0) = 0, С2(л; = 0,г>0) = С1, С2(х = И,т) = 0, (3)

где т - время, прошедшее с начала эксперимента. При формулировке задачи были приняты допущения: • потери радона в образце за счет радиоактивного распада незначительны, что обеспечивается ограничением толщины образца (не более 3 см);

• мощность внутренних источников радона в материале образца пренебрежимо мала.

Теоретическое исследование в работе T.Sasaki и др. уточняет математический аппарат метода "постоянного источника", который также использовался K.Nielson, V.Rogers и др. для ускоренного определения эффективного коэффициента диффузии радона в твердых и сыпучих материалах, но без ограничения толщины образца.

В работе Quindos Poncela и др. представлен нестационарный метод "мгновенного источника" для определения эффективного коэффициента диффузии радона в тонких мембранах. Метод основан на регистрации изменения во времени заданного начального значения объемной активности радона С(г = 0) = Cq в цилиндрической экспозиционной камере, в торце которой расположен образец испытуемого материала (рис. 2).

2

3

1

С(г)

Рис. 2. Схема проведения измерения с использованием "мгновенного" источника радона и тонкого образца.

1 - экспозиционная камера объемом V (10"3 мэ); 2 - образец испытуемого материала площадью 5 (1,257*10"3 м2) и толщиной Л; 3 - окружающее пространство.

Начальное значение активности создается путем "мгновенного" ввода порции радона в камеру. Снижение активности радона в камере во времени происходит, частично, вследствие его распада и, частично, вследствие его диффузии через образец в окружающее пространство.

Представленное авторами решение соответствующей краевой задачи массопереноса (ее формулировка, к сожалению, в публикации не приводится) получено относительно величины объемной активности радона в камере и имеет вид

С(г) = С0-ехр

Г, D-S }

ехр — 1+- ■Л-г

L Л-V-hj

(4)

Авторы отмечают, что решение (4) получено при допущении, что внутренние источники и стоки радона в материале образца отсутствуют. В связи с этим накладывается ограничение на толщину образца, которая должна быть пренебрежимо мала по сравнению с глубиной камеры (V/Б » Л).

Основные характеристики рассмотренных в первой главе методов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнительные характеристики известных методов_

Характеристики методов Страна, год, автор

Голландия, 2001, ГСоятйа Израиль, 2004, К.Коу1ег Россия, 2005, Н.В.Демин Испания, 2004, Рес1го Ь.Регпаш1е2 США, 1983, С.2ара1ас Испания, 2001, ОШП(105 Ропсе1а

1 2 3 4 5 6 7

Режим процесса стационарный нестационарный

Время действия источника радона постоянное мгновенное

Местоположение источника радона внутри образца в экспозиционной камере

Регистрируемая величина скорость выделения радона ОА радона скорость выделения радона ОА радона

Диапазон измерения, м2/с ю-7- ю10 ю"7- ю-9 10"6-10"13 Ю10-10-14 10'7- 10"9 ю-10-1о-12

Погрешность измерения не определена

Продолжительность измерения с пробоподготовкой не менее 4-х недель от 1-ой до 3-х недель от 2-х до 4-х недель от 1-ой до 4-х недель не более 24 часов

Ограничение толщины образца да да нет да да да

Сохранение начальной структуры образца да да нет да да да

Сохранение начальной влажности нет нет нет нет да да

Сохранение начальной плотности да да нет да да да

Тип испытуемого материала бетоны бетоны пески, глины, бетоны, пленки пленки бетоны пленки

Из таблицы видно, что нестационарные методы позволяют проводить единичные измерения в существенно более короткое время, чем стационарные. Кроме сокращения временных затрат, повышается достоверность результатов измерений, т.к. при небольшой продолжительности эксперимента проще обеспечить стабильность условий его проведения. Дополнительным преимуществом нестационарных методов является возможность сохранения начального состояния (структуры, влажности, плотности) образца за короткое время испытания.

Недостатки рассмотренных нестационарных методов связаны, в основном, с относительно узким (не более 2-3-х порядков величины) диапазоном значений определяемого коэффициента диффузии радона, а также с жестким ограничением максимальной допустимой толщины испытуемого образца.

В отношении сложности технической реализации, более простым является нестационарный метод "мгновенного источника". Однако, при его теоретическом обосновании авторами были приняты допущения существенно

ограничивающие область применения метода. Возможности метода могут быть значительно расширены путем дальнейшего развития его теоретической основы.

Во второй главе приводятся формулировка и решение нестационарной краевой задачи диффузионного массопереноса радона в образце материала произвольной толщины при воздействии на образец внешнего "мгновенного" источника радона и действии внутренних стоков радона в образце. Показан способ реализации математического решения задачи и исследованы закономерности процесса массопереноса.

Суть рассматриваемого метода заключается в установлении связи между величиной коэффициента диффузии радона в образце материала, размещенного в одном из торцов цилиндрической камеры, и темпом снижения объемной активности радона в камере при условии, когда начальная активность радона в камере задается в виде единичного "мгновенного" импульса (рис. 3).

С,(г = 0) = С0 С,(г <0) = 0

С2(х,т)

С? = О

->

Рис. 3. Схема проведения измерения с использованием "мгновенного" источника радона и образца произвольной толщины. 1 - камера; 2 - образец испытуемого материала; 3 - окружающее пространство.

Уравнение массопереноса радона в образце, соответствующее описанным выше условиям, имеет вид

дт

дх

(5)

Решение С? (х,т), 0 < х< к, 0 < г < со, удовлетворяет начальному условию

С2(х,0) = 0 (6)

и граничным условиям

ох

дС2(к,т) дх

= а2-[С2(к,т)-С3],(С3=0).

Решение С} (г) уравнения

^^■ = -Я-С1(т)-^а1-[Сг(т)-С2(0,т)] (8)

от V

удовлетворяет начальному условию

С,(0) = С0. (9)

В системе уравнений (5) - (9) приняты обозначения: С) (г), С2 (х, г,), С3 - объемная активность радона в камере, образце и окружающем воздухе, соответственно, Бк/м3; г - время, с; И - объемный коэффициент диффузии радона в материале, м2/с; А - постоянная распада радона, с'1; И - толщина образца, м; Б - площадь поперечного сечения образца, м2; V - объем камеры, м3; - коэффициенты, учитывающие

условия газообмена в пограничном слое на границе раздела сред "воздух-образец" у левой и правой поверхностей образца, соответственно, м/с.

Принятые допущения:

• радон внутри камеры распределен равномерно;

• объемная активность радона внутри образца, обусловленная его эманированием из содержащегося в образце природного радия-226, пренебрежимо мала по сравнению с начальным значением объемной активности радона внутри камеры;

• влияние краевых эффектов на боковой поверхности образца на процесс массопереноса радона пренебрежимо мало;

• сорбционная способность материала образца по отношению к радону и содержание радона в окружающем пространстве пренебрежимо малы;

• баро- и термодиффузия радона в образце отсутствуют.

Решение уравнения (8) получено в виде

С,(т) = С0

)eX(,'x)F(t)dt + e-XT

.о

(10)

Входящие в (10) параметры и функции определяются с использованием пакета математических программ "MAPLE" в следующей последовательности.

1. Задаются исходные данные:

С0, т, D, V, h, с?(диаметр образца, м), Я, «j, ог2(пРи значениях более 0,001 м/с последние два параметра практически не влияют на результат расчета),

si, sk (количество вычисляемых членов ряда по i и к, соответственно; при выполнении условия (16) si -sk — 8).

2. Вычисляются параметры:

1 D 2 D

ш Н'Н2 = Н! (И Н2 + 1)

кН,Н2+Н,+Н2' 1гН1Н2+Н1+Н2'

3. Находятся корни уравнения

, (Н,+Н2)ш ... = Н-1 = 1,2,...,51.

»1 -н,н2

4. Определяются последовательности чисел

д0 = Я, ц\ +Х, ¡ = 1,2,...,51,

„ __0',Ч'^Н1+Ц1у/2Н1 -цу,)со.фр)~(ц-у/2 + //.V,А + ).чш(/ф) + ^(у/, -у/2Н,). 6 1" ) '

К

_ ц-(Ш21 +Ш2 +Н_, + Н2) + Я; Я 2(Н,+ Н2 +НН1Н2)

I } — .. , _ , I —

2(Н22+М?)!1?

ф0 = -(1 + у2), Ф(=41' 1 = 12,...М. ^ /

5. Решается интегральное уравнение

Р(т) = ]к(т,Щ1)Л + Р(г),

о

г/, 1 5 V1 Д о/ , 5 V' Л "V

где К(¡,т) = —а.1 £ фге 1 , Р(т) = -а, % фге ' ,

у /=о ' /=о

для чего строится последовательность функций

Р0(т) = Р(т), Рк(т) = )к(1,т)Ры0)Ш, к = 1,2,...л.

о

Решение интегрального уравнения получаем в виде Р(т)= т).

к=0

6. По найденной функции Р(т) определяется искомая функция (10).

Поскольку по условиям эксперимента рабочие измерения объемной активности радона в камере могут выполняться только по истечении некоторого времени Г] после ввода радона в камеру, начальное значение объемной активности радона в камере остается неизвестным. Из анализа поведения решения (10), представленного в виде

С(т) = С0'/(т,В,Х,УЛЪ), (11)

следует, что при определенном, произвольно заданном значении величины И и различных начальных значениях объемной активности радона в камере С\(г = 0) = 0)1 и С2 (г = 0) = Ср2, функции С] (г) и Сз(г), при прочих равных условиях, имеют один и тот же темп убывания. Т.е. при любых, произвольно заданных значениях Г в области определенности этих функций (0 < г < оо) выполняется тождество

с, (г) С2(г) С01 ^02

Равно, как и тождество

С,(г2) = С2(г2)

СХ(Ч) С2(т,)' ( }

при любых произвольных значениях Т\ и Г2 (< г2 )•

Таким образом, значение коэффициента диффузии радона при известных геометрических размерах образца и объема камеры может быть определено при неизвестной начальной объемной активности радона в камере. При этом задача эксперимента сводится к регистрации значений отношения

= (14)

С (г,)

определяющих в безразмерном виде темп снижения активности радона в камере в интервале времени [Т\ ,г2].

Величина коэффициента диффузии радона в материале образца определяется итерационным расчетом путем подбора такого его значения, при котором расчетный темп снижения активности радона в камере в интервале [Г|,Г2], вычисленный по формуле (10), соответствует зарегистрированному в процессе эксперимента с заданной точностью.

С момента "импульсного" ввода порции радона в камеру в ней происходит постепенное снижение объемной активности радона. Очевидно, что темп снижения активности определяется величиной коэффициента диффузии радона в материале образца, его геометрическими размерами и объемом камеры. Для надежной регистрации результатов эксперимента величина определяемого темпа снижения активности радона в камере должна находиться в некотором целесообразном диапазоне (рис.4).

С одной стороны, минимальный измеряемый темп снижения активности радона в камере должен статистически достоверно отличаться от темпа снижения его активности только в результате радиоактивного распада (О — 0). Критерием такого отличия может служить величина относительной разницы соответствующих концентраций радона, составляющая не менее 2% за 24 часа испытания и выражаемая условием

С(г'24ч)-С0.е-™ ии С(т- 24,)

п -А-24 с '

С другой стороны, максимальный темп снижения активности радона должен тоже ограничиваться некоторым установленным соотношением концентраций радона в начальный момент времени и в момент времени Т = 24ч. В противном случае, как видно на рис.4, начальная активность радона в камере может снизиться более чем на порядок (практически, до нулевых значений) еще до начала рабочих измерений.

£> = о

—^ —

-\-

> Диапазон целесообразных

темп ов сн иже! ия а> ггивн зети

Неприемлемый темп снижения активности __1 1

время

Рис. 4. Иллюстрация возможных темпов снижения активности радона в камере

Для определения величины максимального допустимого темпа снижения активности радона в камере по формуле (10) проведено расчетное исследование зависимости отношения С(т)/Сд от перечисленных выше влияющих факторов. Установлено, что снижение активности радона в камере за 24 часа, не более чем в 4 раза, служит надежным условием для достоверной регистрации этой величины в процессе эксперимента. Поэтому, с учетом (15), в качестве критерия целесообразного темпа снижения активности радона в камере принято условие

0,25 <С(Г;24ч)< 0,82 (16)

Таким образом, диапазон целесообразных темпов снижения активности радона в камере может быть достигнут за счет определенного соответствия геометрических размеров образца и объема камеры ожидаемой величине коэффициента диффузии радона в материале образца.

В третьей главе на основе проведенных расчетных исследований определены целесообразные геометрические параметры рабочей камеры установки и испытуемых образцов различных материалов. Сформулированы технические требования к экспериментальной установке, дано описание конструкции и принципа действия ее функциональных элементов. Проведены теоретические и экспериментальные исследования с целью оптимизации работы элементов установки.

Испытуемые материалы по характерным диапазонам коэффициента диффузии можно разделить на высоко-, умеренно- и низкопроницаемые, а по

типу материала - на сыпучие, твердые и пленочные. Очевидно, что свойства, характерные для каждого типа материала, определяют целесообразные соотношения геометрических размеров образца и объема камеры.

Целесообразные соотношения геометрических размеров образца и объема камеры, при которых обеспечивается заданная точность измерений, определены для диапазона измерения значений коэффициента диффузии радона в материале образца от 10"11 до 10"5м2/с и показаны в табл. 2.

Таблица 2.

Геометрические размеры образца и объем камеры, обеспечивающие

определение коэффициента диффузии радона в указанных диапазонах.

Тип материала Диапазон определяемых значений коэффициента диффузии радона, м2/с Объем камеры, л Диаметр образца, мм Толщина образца, мм

Газообразный 5,0* 10"7-5,0* 10"5 2,05 16,5 400

Сыпучий 2,5*10"8-7,5*10"6 2,05 35,0 от 100 до 300

1,0*10"9-1,0*10"6 1,05 63,5

Твердый 1,0*10"ш-2,5*10"7 1,05 от 80 до 87 от 5 до 100

Жидкий 1,0*10"1О-5,0*10"8 0,53 117 94

Пленочный 1,0* 10'"-2,5* 10"' 0,53 от 120 до 123 от 0,1 до 5,0

Расчет целесообразных геометрических параметров элементов установки, а также принятые при постановке краевой задачи условия, позволили сформулировать следующие требования к экспериментальной установке.

1. Для каждого типоразмера образца (табл.2) необходимы специальные держатели, герметично соединяемые с камерой (допустимая утечка радона не должна превышать 1% за 24 часа);

2. Конструкции камеры и держателей должны обеспечивать условие одномерности диффузионного массопереноса радона в образце;

3. Камера установки должна трансформироваться, принимая рабочий объем около двух, одного и полулитра, что может быть достигнуто путем присоединения к камере удлинителя или размещения инертного вкладыша внутри;

4. Камера должна быть оборудована герметичным клапаном, позволяющим производить "мгновенный" (в течение нескольких секунд) ввод радона, что может быть выполнено с помощью шприца.

5. Для отбора радона в шприц необходим генератор радона, позволяющий создавать в камере начальную объемную активность радона, не менее чем в 30 раз превышающую естественную объемную активность радона в испытуемом образце;

6. Детектирующая часть устройства для измерения темпа снижения объемной активности радона в камере должна размещаться непосредственно в

самой камере, а регистрация показаний - выполняться через заданные интервалы времени в режиме мониторинга;

7. Необходимая точность определения темпа снижения объемной активности радона в камере обеспечивается при выполнении следующих условий:

а) величина статистической составляющей погрешности измерения темпа снижения скорости счета регистрируемых импульсов должна составлять не более 1% (при доверительной вероятности 0,99);

б) величина нестабильности чувствительности измерительного тракта установки за 24 часа испытаний должна составлять не более 1 %, в том числе при испытаниях влажных образцов;

8. Определение допустимых перепадов температуры и атмосферного давления воздуха во время испытания и, при необходимости, выполнение инструментального контроля этих параметров в процессе эксперимента.

Принципиальная схема экспериментальной установки показана на рис.5, общий вид-на рис.6.

Рис. 5. Принципиальная схема экспериментальной установки

1 - образец испытуемого материала; 9 - сцинтилляционная пластина;

2 - держатель образца; 10 - блок фотоэлектронного умножителя;

3 - камера; 11 - компьютер с ПО;

4 - вкладыш для уменьшения объема камеры; 12 - тепловыделяющий элемент;

5 - шприц для отбора радона из генератора; 13 - электронный термометр с памятью;

6 - генератор радона;

7 - клапан для ввода радона в камеру;

8 - вентилятор;

14 - блок питания вентилятора;

15 - блок питания тепловыделяющего

элемента.

Образец 1 герметично фиксируется в соответствующем ему по типоразмеру держателе 2, который, затем, герметично соединяется с камерой 3. При необходимости, с целью уменьшения рабочего объема камеры, в нее предварительно устанавливается вкладыш 4. Порция радона с помощью шприца 5 переводится из генератора 6 через клапан 7 в камеру.

Равномерность распределения радона в объеме камеры обеспечивается вентилятором 8.

В результате естественного распада радона в камере происходит накопление до состояния

радиоактивного равновесия его короткоживущих дочерних продуктов, которые из воздуха осаждаются на внутренние поверхности камеры и, в том числе, на сцинтиллядионную пластину 9 детектора. Альфа-излучение радона в воздухе камеры вблизи сцинтилляционной пластины и его дочерних продуктов на самой сцинтилляционной пластине,

взаимодействуя с ее чувствительным слоем, вызывает световые импульсы (сцинтилляции), которые

преобразуются фотоэлектронным умножителем 10 в электрические импульсы. Компьютер 11 со специальным программным обеспечением "ПРОГРЕСС" регистрирует среднюю за одинаковые периоды скорость счета импульсов. В состоянии радиоактивного равновесия между радоном и его дочерними продуктами, которое (более чем на 99 %) наступает через 4-5 часов после ввода радона в камеру, скорость счета импульсов пропорциональна объемной активности радона в камере с некоторой временной задержкой, величина которой определяется темпом снижения активности радона.

Повышенная влажность в камере, способствующая конденсации водяных паров на ее внутренних стенках и сцинтилляционной пластине, может оказывать существенное влияние на чувствительность измерительного тракта установки. Поэтому для предотвращения образования конденсата на сцинтилляционной пластине, предусмотрен ее подогрев тепловыделяющим элементом 12. Величина чувствительности измерительного тракта установки также в значительной степени зависит от интенсивности циркуляции воздуха в камере, а ее постоянство - от скорости вращения оси вентилятора.

Устройство 13 используется в установке для контроля температуры окружающего воздуха в течение испытаний.

В данной главе приведена формула для расчета требуемой активности Яа-226 в генераторе, величина которой определяется его емкостью, а также объемом газообразной порции с заданной активностью радона, отбираемой в шприц.

Определено расчетом, что регистрируемая установкой скорость счета импульсов пропорциональна снижающейся, согласно условию (16), активности

Рис. 6. Общий вид экспериментальной установки

радона в камере с временной задержкой г., =25 мин, но не ранее чем через Г] =260 мин после ввода радона в камеру (время начала рабочих измерений).

Также расчетом установлено, что естественные колебания атмосферного давления не оказывают существенного влияния на результаты испытаний, в тоже время необходим инструментальный контроль температуры окружающего воздуха, изменение которой за время испытаний не должно превышать 3 °С.

Опытный образец экспериментальной установки, а также комплектующие ее вспомогательные элементы и устройства, удовлетворяют выше установленным требованиям и имеют следующие характеристики:

• диапазон определяемого коэффициента диффузии радона -от 10"" до 10"5м2/с;

• продолжительность испытания - не более 24 ч;

• толщина и влагосодержание образца - не ограничены;

• трансформируемый объем камеры: 0.53, 1.05 и 2.05 литра;

• продолжительность периода регистрации - 600 с;

• максимальная скорость счета регистрируемых в процессе эксперимента импульсов - не менее 105 с'1 (одновременно обеспечивается достаточный уровень начальной объемной активности, а также точность определения темпа снижения активности радона в камере);

• напряжение питания вентилятора - (1,8+0,1) В.

В четвертой главе приводится методика подготовки образцов, проведения измерений и обработки полученных результатов. Представлены результаты испытаний контрольных образцов материалов, которые сопоставлены с литературными данными.

Для подготовки к проведению измерений определен способ подбора целесообразного соотношения размеров образца и объема камеры в соответствии с табл.2, а также процедура подготовки образца и его герметичной фиксации в держателе, соответствующем типу испытуемого материала.

Описан процесс выполнения измерений продолжительностью 18 часов, в течение которого фиксируются:

1. Номер периода регистрации;

2. Дата и время начала периода регистрации;

3. Средняя за период регистрации скорость счета импульсов;

4. Температура окружающего воздуха.

Сформированный на компьютере перед запуском измерений "файл пробы" в течение испытания периодически обновляет результаты измерений в табличном и графическом виде (рис.7). В "файле пробы" также фиксируется информация о материале образца и данные о геометрических параметрах измерения, в дальнейшем необходимые для расчета коэффициента диффузии радона в пробе.

Обработка результатов измерений выполняется на компьютере с использованием пакета программ "MAPLE" и приложения MS "EXCEL". Для сокращения временных затрат алгоритм обработки допускает периодическую

ЙШГ 1656 2 ml

мщыек 22 06 07 16 Coumerj DaleM

1| 27.1)8.07 16:5?

2 22.08.07 17:07

3 22.08 07 17:17

4 22.08 07 17.27: 5^22 08 07 17:37: 6 22.08.07 17:47: 7' 22.08.07 17.57! 8'22.08 07 10:07:

9 22 08 07 10:17

10 22.Ш 07 18:27: 11:22.08.07 18:37 i

12 22 08 07 18:47:

13 22.08.07 18:58

14 22 08 07 19:08 15'22.08 07 19:18 16*22.08.07 19:28

17 22 08 07 19:38

18 22 08.07 19.48

19 22 08 07 19:58

20 22 D8.07 20:08

21 22 08 07 20:1В

22 22 08 07 20:28

23 22 08 07 20:38'

24 22 08 07 20:40

25 22 08 07 20:58

26 22 08 07 21:08 27.22 08 07 21:18

28 2208 07 21:28

29 22 08 07 21:38!

30 22.08.07 21:48 31: 22.08.07 21:5б

32 22 08 07 22.С®

33 22 08 07 22:19

Sehet

Шифр

2 50 1

Материал Объем, ыЭ Диаметр, м

бетон 0,00105 0.081

Толщина, м :

0,05_i

94,43137849 115,0838339 121,7944456 127,0629098 135,1187497 140,6876229 145,4553168 1492474799 153,3574066 156,2125645 1592585292 161,0953438 161,6112459 162,9422571 1623504086 162,845428 162,7869513 161,9556181 162,2153196 160,0932306 160,6696645 160,098265 159,1249508 1575285045 156,9692718 156,3093854 155,1040777 154,4859231 152,8026131 151,9796552 150,9892222 151,000 149,0270892

Минимальный темп снижения скорости счета импульсов

Контрольный уровень минимальной скорости счета импульсов

Максимальный темп снижения скорости счета — импульсов -4

2ЭЛ8Л7 3:00 23.00.07 6:00 23.08.07 9 00

о...........I Р.....

" j ».08.07 16.-57.....

2' 22.08 07 17:07,

3 22.08.0717:17

4 : 22.08.07 17:27

5 22.08 07 17:37

6 22.08 07 17:47.

7 22.08 07 1 7:57

8 22.08 07 18:07' 9' 22.08.07 18:17 Ю! 22.0807 18.27"

11 22.00.07 1В:37:

12 22.08 0718:47

13 22.08.07 18:58

14 22.08 07 19:08

15 22.08 07 19:18

16 22 08 07 19:28 17' 22 08 07 19:38

10 22.08 07 19:48'

19 22 08 07 19:58

20 22.08.07 20:08

.....2V

25,7 25,7 25,7 25,7 25,7 25.7 25,7 25,7 25,7 25.7 25.7

25,6 25,6 25.6 25,6 25,6 25,6

° [...........и:'"I............si[;t ix;u;::i:

Рис. 7. Фрагмент содержимого "файла пробы"

корректировку пользователем текущих параметров обработки в процессе вычисления.

В течение испытания результаты измерений средней за период регистрации скорости счета импульсов п (с'1) фиксируются в "файле пробы" в виде массива

g = \,2,3,...,G, (17)

где - дата и время начала §-го периода (начало первого периода

соответствует моменту ввода радона в камеру); в - количество зарегистрированных периодов за время испытания, равное 100.

В "файле пробы" Мё преобразуется в массив F¡ = первая запись

которого соответствует началу области рабочих измерений (или окончанию 40-го периода регистрации)

п"Рг[т1=тых+Ьт-(1-Х)] = п^ё\,ё = А0 + 1, / = 1,2,3,..., N, (18)

г,=1 = tg=AX -- т3 + у = 40 • Л г - г3 + ~, (19)

где /в - дата и время ввода радона в камеру; т3 - время задержки, с; А Г -продолжительность периода регистрации импульсов, с; N - количество зарегистрированных периодов в области рабочих измерений, равное 60.

Массив данных, соответствующий экспериментально зарегистрированному темпу снижения активности радона, в соответствии с (14), рассчитывается по формуле

_^ф

Д,э=-Г" , 1 = 1,2,3,...,ЛГ,ЛГ = 60, (20)

-гг

где п^ - уровень собственного фона установки, с"1;

_ 1 Я=43

^1=7' (21)

Э 2=39

Для увеличения точности расчета по формуле (21) определяется среднее значение скорости счета импульсов в первом периоде из области рабочих измерений.

По формуле (10) выполняется итерационный расчет соответствующих условиям эксперимента частных значений функции

I = 1,2,3,-..,^,^ = 60,7 = 1,2,..-/, У = 5, (22)

С/(г,)

при значениях коэффициента диффузии

Оу = Омш + Шр ■ и -1), у = 1,2,...У ,7 = 5, (23)

где Омин - задаваемая минимальная величина коэффициента диффузии в диапазоне вероятных значений (табл.2), м2/с; АО^ - шаг изменения величины Dj (точность расчета), м2/с, определяемый по формуле

Юр=~фмакс-Омин), (24)

где Омакс - задаваемая максимальная величина коэффициента диффузии в диапазоне вероятных значений (табл.2), м2/с.

Затем вычисляется соответствующая значению 23у усредненная разность экспериментальных и расчетных значений по формуле

I /=лг

N /=1

К

ЯР-V <>./

-1

, 1=1,2,3,...,ЛГ,ЛГ = 60, у =1,2,..../, .7 = 5. (25)

Искомым значением величины И является значение Dj, при котором

величина Гу принимает наименьшее по модулю значение и хотя бы у одного из

5-и членов множества {гу} происходит смена знака. В противном случае, в

зависимости от полученных значений rj следует изменить положения границ

диапазона вероятных значений коэффициента диффузии и повторно выполнить вычисления по формулам (22)-(25).

Результатом расчета коэффициента диффузии радона в единичной пробе является интервал значений (Опр ± М)р 12).

Значение объемного коэффициента диффузии радона в материале £), м2/с, определяется по формуле

Я = = 1,2,3,(26)

где - значение объемного коэффициента диффузии радона в к- ой

пробе; К - количество испытанных проб материала.

Погрешность определения коэффициента диффузии радона в материале ДО, м2/с, рассчитывается с доверительной вероятностью 0,95 по формуле

ДО = 0-„

Бг

К-(К-1) ;

"р ]

л2

Б

\

+

/

°м

иоо.

к = \,2Х..,К

(27)

где - погрешность метода измерения, связанная с утечкой радона и нестабильностью чувствительности измерительного тракта установки (определяется по графику на рис.8), %.

Л - квантиль распределения Стьюдента для доверительной вероятности 0,95 и числа степеней свободы (К — 1). Следует отметить, что статистическая составляющая погрешности определения коэффициента диффузии радона в пробе, связанная с флуктуацией регистрируемых значений скорости счета импульсов не превышает 1 % и в расчетах не учитывается. Также в оценке (27) не учитывается погрешность итерационного расчета, вклад которой не превышает 5 %.

Для проверки точности определения коэффициентов диффузии радона в материалах различного типа в диапазоне от 10"1 до 10"5 м2/с, помимо воздуха, воды и радонозащитной мембраны (коэффициент диффузии в которых установлен по литературным источникам, на наш взгляд, с наибольшей достоверностью) в число контрольных образцов материалов также были включены: из сыпучих - калиброванный кварцевый песок, из твердых - бетон,

Рис.8. Зависимость значения методической погрешности определения коэффициента диффузии радона в пробе от его величины и типа испытуемого материала

из пленочных - рулонный материал гидрогазоизоляционный наплавляемый на битумной основе "Техноэласт".

С целью проверки воспроизводимости результатов измерения, а также справедливости допущений, принятых при математической постановке краевой задачи массопереноса, испытание каждого типа материала выполнялось многократно при различных значениях:

• начальной активности радона в камере;

• геометрических размеров образца и объема камеры;

• длительности испытания пробы.

Подготовка контрольных образцов, выполнение измерений и обработка результатов с расчетом коэффициента диффузии радона для каждой пробы выполнялись по разработанной методике. Полученные результаты представлены в табл.3.

Результаты испытаний, проводившихся при различных вариантах сочетания размеров образца и объема камеры, имеют хорошую воспроизводимость по каждому из исследовавшихся материалов. Из табл.3 видно, что для одного и того же материала величина отклонения от среднего частных значений коэффициентов диффузии радона в образцах изменяется, примерно, от 5 до 20% с уменьшением диффузионной радонопроницаемости материала.

Сопоставление полученных на экспериментальной установке значений объемного коэффициента диффузии с литературными данными, представленными в табл. 3, указывает на хорошее совпадение результатов определения коэффициента

23

диффузии радона в воздухе, т.е. при максимальном значении диффузионной радонопроницаемости материалов в измеряемом диапазоне.

Таблица 3.

Сопоставление полученных значений объемного коэффициента диффузии _радона в образцах с литературными данными_

Наименование материала, его характеристики, температура воздуха при испытаниях Геометрические параметры Коэффициент диффузии радона, м2/с

Объем камеры, л Диаметр образца, мм Толщина образца, мм Результат испытания* (отклонение от среднего значения в материале, %) Литературные данные

Воздух температура от 16 до 27 °С 0,53 16,5 400 (1,07±0,01)*10"5 (-7) 1,0*10 5 [А.С.Сердюкова], 1,1*10'5 [УЛ^ете]

1,05 16,5 400 (1,14 + 0,01)*10~5 (0)

2,05 16,5 400 (1,23±0,01)*10"5 (+7)

2,05 35,0 300 (1,14 + 0,01)*10'5 (0)

Песок кварцевый, фракция 0,5-1,2 мм, плотность (1,46 + 0,04) г/см3, пористость (0,40+0,02), температура от 17 до 25 °С 1,05 35,0 300 (3,25 + 0,05)*10*6 (+2) (1,0-3,7)*10"6 [А.С.Сердюкова], 4,5*10"6 [справочник геофизика], (1,0-6,5)* 10"6 [В.В.Алексеев], 6,5*10"6[А.Г.Граммаков]

1,05 35,0 300 (3,05 +0,05)* 10"6 (-5)

1,05 35,0 300 (3,10±0,05)*106 (-3)

2,05 35,0 300 (3,30 + 0,05)*10"6 (+3)

2,05 63,5 300 (3,30 ± 0,05)* 10"6 (+3)

Бетон Производства КЗЖБК (г.Москва), класс В22.5, плотность 2200 кг/мэ, влажность 1,8 %, температура от 19 до 27 "С 0,53 81 50 (1,05 + 0,05)*10~7 (+6) (0,07-13)*10 7 [О.КеПег], (0,2-4,6)*10"7 [У.Яовеп], (0,3-0,6)*10"7 [0./ара1ас],

1,05 81 50 (0,97 ± 0,05)* 10"7 (-2)

1,05 81 50 (0,97 +0,05)* 10"7 (-2)

1,05 81 50 (1,02 + 0,05)* 10"7 (+3)

1,05 81 73 (0,95+ 0,05)* 10"7 (-4)

2,05 81 50 (0,98 ± 0,05)* 10"7 (-1)

Вода дистиллированная, температура от 18 до 20 °С 0,53 117 94 (1,9±0,1)*10"9 (-17) 1,13*10'9 [Е.Яопа]**, 1,6*10"' [Н.ТуггеН], (35-68)* 10"9 [Н-Брад

0,53 117 94 (2,4 + 0,1)* 10"9 (+4)

1,05 117 94 (2,6 + 0,1)*10"9 (+13)

Рулонный материал "Техноэласт" ТУ 5774-041-17925162-2006, ООО «Завод Технофлекс» 0,53 117 4,0 О,44±0,02)*Ю"10 (+9) -

0,53 117 4,0 (1,26±0,02)*Ю"10 (-5)

0,53 117 4,0 (1,28±0,02)*10"'° И)

Рулонный материал "Техноэласт М" ТУ 5774-041-17925162-2006, ООО «Завод Технофлекс» 0,53 117 4,0 (1,04 + 0,02)*10~'° (+14) -

0,53 117 4,0 (0,84 + 0,02)*Ю"10 (-8)

0,53 117 4,0 (0,86±0,02)*10"'° (-6)

Радонозащитная мембрана "МопагАех ЯМВ 400" (Дания), армированный 2-х слойный полиэтилен низкой плотности, температура от 18 до 23 °С 0,53 117 0,4 (П + 1)*10"12 (18) (5-8)*10"12 [monarflex.com ]

0,53 117 0,4 (8+1)*10'12 (-14)

0,53 117 0,4 (9+1)*10"'2 И)

"^выделенный результат получен при увеличенной продолжительности испытания образца (рис.9); теоретический расчет.

В противоположной области диапазона результаты испытаний радонозащитной мембраны "МопагПсх ИМВ 400" расходятся с литературными данными на 40-50 %. Однако, величина расхождения при этом не превышает расчетную погрешность измерения, которая в рассматриваемой области определяется значением методической погрешности (рис.8). Поэтому данный

0,0

6 12 18 24 30 36 42 48

время, час

Рис. 9. Изменение во времени расчетного (сплошные линии) и измеренного (точки) темпов снижения активности радона в камере при увеличенной продолжительности испытания контрольных образцов материалов (см. табл.3): 1 - мембрана; 2 - вода; 3 - бетон; 4 - кварцевый песок; 5 - воздух.

результат, тем более полученный на пределе чувствительности установки, можно считать вполне удовлетворительным.

Результаты измерений при продолжительности испытания контрольных образцов более 18 ч приводятся на рис. 9.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Нестационарные лабораторные методы определения коэффициента диффузии радона в строительных материалах и грунтах обладают рядом существенных преимуществ по сравнению со стационарными. Из числа нестационарных наиболее перспективным является представленный Quindos Poncela и др. метод "мгновенного источника". Однако, теоретическая основа этого метода была разработана только для тонких пленочных материалов в предположении отсутствия в них стоков радона, что существенно ограничивает область применения метода.

2. Представленные в диссертации математическая формулировка и решение краевой задачи нестационарного диффузионного массопереноса радона в слое материала неограниченной толщины со стоками радона при воздействии на него "мгновенного" источника и соответствующих эксперименту начальных и граничных условиях представляет собой усовершенствованную теоретическую основу упомянутого выше метода.

3. Проведенные с помощью полученного математического решения задачи расчетные исследования показывают, что при использовании данного метода достаточно достоверное определение коэффициента диффузии радона в материалах с различной радонопроницаемостью возможно лишь при определенных, представленных в диссертации соотношениях геометрических параметров испытуемых образцов материалов и объема камеры экспериментальной установки.

4. При создании реализующей рассматриваемый метод экспериментальной установки решен ряд специфических задач, возникших в связи с необходимостью обеспечить:

• герметичность разъемных соединений элементов установки, в т.ч. образцов испытуемых материалов с их держателями;

• трансформацию рабочего объема камеры;

• "мгновенный" ввод и требуемый уровень начальной активности радона в камере;

• равномерное распределение радона в объеме камеры и необходимую интенсивность газообмена в пограничном слое на границе раздела сред "воздух в камере - образец";

• высокую стабильность чувствительности измерительного тракта установки;

• защиту детектора от образования на нем конденсата.

5. С помощью созданной экспериментальной установки определены коэффициенты диффузии радона в воздухе, воде, песке, бетоне, рулонном гидроизоляционном материале и радонозащитной мембране. Полученные результаты хорошо согласуются с данными из литературных источников.

6. Основные технические характеристики экспериментальной установки:

• диапазон определяемого значения объемного коэффициента диффузии

-11 5 2 радона- от 10 до 10 м/с;

• время испытания - 18 час;

• толщина и влагосодержание образца - не ограничены;

• погрешность определения коэффициента диффузии радона составляет:

о для высокопроницаемых материалов в диапазоне

-7 -5 2 от 10 до 10 м /с - не более 10%;

о для умереннопроницаемых материалов в диапазоне

от Ю"10 до 10"7 м2/с - не более 20%;

о для слабопроницаемых материалов в диапазоне

от 10" до 10" м/с - не более 40%.

• допустимое изменение температуры окружающего воздуха во время испытаний не более 3 °С.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Цапалов A.A. Мониторинг радона с использованием активированного угля. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 1994, № 1, С. 40-43.

2. Гулабянц JI.A., Лившиц М.И., Цапалов A.A. Теоретическая основа нестационарного метода измерения коэффициента диффузии радона в пористой среде. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2006, № 2, С. 43-45.

3. Цапалов A.A. Нестационарный метод измерения коэффициента диффузии радона в пористой среде. Строительная физика в XXI веке: Материалы научно-технической конференции. - М.: НИИСФ РААСН, 2006, С. 486-489.

4. Гулабянц Л.А., Цапалов A.A. Экспериментальное устройство для измерения коэффициента диффузии радона в материалах. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2006, № 4, С. 35-37.

5. Гулабянц Л.А., Цапалов A.A. Метод и устройство для ускоренного измерения объемного коэффициента диффузии радона в различных материалах. Тезисы научно-практического семинара «Радон в геологоразведке и экологии». -М.: ГНЦ ВНИИгеосистем, 2007.

6. Гулабянц Л.А., Цапалов A.A. Определение коэффициента диффузии радона в бетоне и изоляционных материалах. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2008, № 2, С. 44-48.

7. Гулабянц Л.А., Цапалов A.A. Радонопроницаемость рулонного материала Техноэласт. Научно-технический и производственный журнал «Строительные материалы», 2008, № 10, С. 69-71.

чь

Подписано в печать 14.01.2009 г. Печать лазерная цифровая Тираж 70 экз.

Типография Aegis-Print 115230, Москва, Варшавское шоссе, д. 42 Тел.: (495) 785-00-38 www.autoref.webstolica.ru

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ИЗВЕСТНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ РАДОНА

1.1. Особенности процесса массопереноса радона

1.2. История развития методов

1.3. Методы стационарного режима массопереноса

1.4. Методы нестационарного режима массоперноса

1.4.1. Метод "постоянного источника"

1.4.2. Метод "мгновенного источника"

1.5. Сравнительный анализ известных методов 51 Выводы

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА

РАЗРАБАТЫВАЕМОГО МЕТОДА

2.1. Постановка и решение краевой задачи массопереноса ^ радона в образце

2.2. Реализация математического решения задачи

2.3. Закономерности процесса массопереноса радона 67 Выводы

Глава 3. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

3.1. Определение геометрических параметров рабочей камеры установки и испытуемого образца

3.2. Принципиальная схема установки

3.3. Конструкция и приборное оснащение 81 Выводы

Глава 4. МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ

4.1. Подготовка к испытаниям и методика выполнения ^ ^ измерений

4.2. Методика обработки результатов измерений

4.3. Испытания контрольных образцов материалов

4.4. Результаты испытаний 124 Выводы

Обострившаяся в последние годы проблема демографического спада в России требует решения комплекса сложных задач, направленных на увеличение рождаемости, снижение смертности, улучшения условий жизни и здоровья населения. Одна из них заключается в необходимости существенного снижения доз радиоактивного облучения населения и производственного персонала искусственными и природными источниками ионизирующих излучений. В связи с этим в 1996 году принят закон Российской Федерации "О радиационной безопасности населения" [39], а в 1999 году введены в действие "Нормы радиационной безопасности (НРБ-99)" [24], в которых установлен максимальный допустимый среднегодовой уровень эквивалентной равновесной объемной активности (ЭРОА) изотопов радона в воздухе помещений - 100 Бк/м .

Радиоактивное воздействие изотопов радона (далее по тексту "радона") и их короткоживущих дочерних продуктов распада наносит ущерб здоровью человека, численно оцениваемый накопленной эффективной эквивалентной дозой или вероятностью преждевременной смерти. По оценкам Научного комитета по действию атомной радиации ООН радон создает более 70% эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением от источников радиации земного происхождения, и, примерно, половину дозы от всех природных источников излучения [18].

Подавляющую часть дозы облучения человек получает в помещениях зданий, где обычно проводит большую часть времени. Присутствие радона в воздухе помещений однозначно свидетельствует о присутствии его дочерних продуктов распада (ДЕЛ1). Активность их смеси в воздухе всегда ниже активности собственно радона и характеризуется значением ЭРОА.

В отличие от радиационного воздействия других природных источников излучения (например, космического происхождения), воздействие ДПР радона в зданиях поддается регулировке с приемлемыми затратами. Причем обеспечение нормативных требований на стадии проектирования обходится значительно дешевле, чем устранение повышенного содержания радона в эксплуатируемом здании. Отсутствие в Градостроительном кодексе РФ [5,38] требований о проверке радиационных качеств зданий при сдаче в эксплуатацию придает особую актуальность обеспечению их радиационной безопасности на стадии проектирования.

Радон, являясь инертным газообразным элементом, образуется при распаде природного радия-226, который повсеместно присутствует в материалах земной коры. В том числе, в стройматериалах, изготовленных на основе извлеченного из земли неорганического сырья, и грунтах, залегающих в основаниях зданий. Поэтому, как правило, основным источником поступающего в помещения радона является грунтовое основание здания, второстепенным - его ограждающие конструкции [17].

При радиоактивном распаде радия в грунте или строительном материале образовавшийся атом радона за счет энергии отдачи с вероятностью, определяемой величиной "коэффициента эманирования", попадает в поровое пространство. В условиях работы подземных ограждающих конструкций здания и грунтов его основания доминирующим механизмом массопереноса радона в их поровом пространстве является газовая молекулярная диффузия [18]. Интенсивность массопереноса прямо пропорциональна величине коэффициента диффузии радона в материале.

Вследствие неравномерного распределения радия в грунтах и их различной газопроницаемости радоновая нагрузка на подземную часть здания может варьировать в широких пределах.

В настоящее время, с целью обеспечения нормативных требований к уровню ЭРОА радона в проектируемых зданиях, в ОСПОРБ [25] введено ограничение плотности потока радона (ППР) с поверхности грунта в fy основании здания, равное 80 мБк/(м с). Данная величина была установлена на основе предельно упрощенной модели стационарного радонового баланса "эталонного дома" [12] в предположении связи среднегодовой ЭРОА радона в помещении и некоего значения ППР с поверхности грунта. Однако, эта связь фактически не подтверждается, т.к. формирование радонового режима помещений зависит от многих определяющих факторов.

Результаты исследований последних лет свидетельствуют о необоснованности существующей практики принятия решений, касающихся проектирования мероприятий по противорадоновой защите зданий. Подобная практика основана на результатах прямых краткосрочных измерений ППР с поверхности грунта и не учитывает следующих, весьма существенных обстоятельств:

• измеренные в случайные моменты времени средние по площади участка краткосрочные значения ППР с поверхности грунта могут отличаться друг от друга более, чем на порядок [13];

• плотность потока радона из грунта на уровне поверхности земли, как правило, существенно отличается от потока на фактическом уровне заложения подошвы фундамента здания [11,21];

• сопоставление ППР с поверхности грунта до и после сооружения здания не имеют смысла, поскольку после возведения здания коренным образом изменяется влажностное состояние верхнего слоя грунта, а также граничные условия в новой системе "грунт-здание" [10].

Сложившаяся практика прямых краткосрочных измерений ППР с поверхности грунта в случайные моменты времени не позволяет получать достоверные и воспроизводимые результаты [22], приводит к противоречивым выводам и не может служить основанием для принятия адекватного условиям строительства проектного решения.

Для проектирования радонобезопасных зданий необходимы теоретически обоснованные расчетные методы, связывающие экспериментально установленные радиационные характеристики источников радона, механизмы его переноса и факторы, определяющие поведение радона и его ДПР в помещениях здания [14]. Известно, что формирование радонового режима помещений здания зависит от целого ряда факторов, совместное действие которых можно учесть лишь в том случае, если рассматривать здание как единую систему, состоящую из следующих основных элементов (рис.1):

Рис. 1. Основные факторы, влияющие на формирование радоновой обстановки в здании

1. Грунтовое основание здания (подсыпки, коренные грунты и т.п.) -основной источник радона;

2. Ограждающие конструкции, которые препятствуют проникновению радона из грунта в здание и одновременно сами являются источниками радона;

3. Менее значимые источники радона (водопровод, газ);

4. Система вентиляции, работа которой обеспечивает удаление (сток) поступившего в помещения радона.

Метод расчетной оценки концентрации радона в помещениях проектируемых зданий позволит прогнозировать уровни ЭРОА радона в здании при различных вариантах проектных решений ограждающих конструкций и режимов вентиляции помещений. Результаты прогнозирования могут составить основу для выбора оптимального проектного решения, позволяющего добиться поставленной цели при наименьших затратах.

Однако, практическое использование любого метода расчета оказывается невозможным при отсутствии представительных исходных данных, которые должны быть использованы в расчете. Поэтому актуальны исследования, направленные на определение расчетных значений физических характеристик грунтов в основаниях зданий и материалов их ограждающих конструкций. Прежде всего, коэффициентов диффузии радона в этих материалах.

Поскольку проблема обеспечения радонобезопасности зданий актуализировалась относительно недавно, диффузионная радонопроницаемость многих материалов и грунтов остается малоисследованной. Имеющиеся литературные данные о коэффициентах диффузии радона в исследовавшихся материалах достаточно противоречивы и иногда расходятся на два-три порядка и более (Приложение 1). Последнее объясняется не только ограниченным объемом проводившихся исследований, что, в частности, связано с их сложностью и большой трудоемкостью, но и с отсутствием достаточно производительного метода исследования и необходимого для этого экспериментального оборудования.

Актуальность работы обусловлена необходимостью создания современного метода и средства, пригодного для проведения планомерных масштабных исследований диффузионного массопереноса радона в широком наборе материалов.

Основная цель диссертации заключается в разработке усовершенствованного метода и экспериментальной установки для ускоренного определения коэффициента диффузии радона в материалах ограждающих конструкций зданий и их грунтовых оснований.

Для достижения указанной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведен анализ известных методов экспериментального определения коэффициента диффузии радона и определены их недостатки.

2. Определен наиболее продуктивный метод и пути его усовершенствования в части расширения области применения, сокращения времени эксперимента, повышения точности измерений.

3. Разработана теоретическая основа усовершенствованного метода, основанная на математическом решении краевой задачи нестационарного диффузионного массопереноса радона в образце материала неограниченной толщины со стоками радона при соответствующих условиям эксперимента начальных и граничных условиях.

4. Разработана и изготовлена экспериментальная установка, реализующая усовершенствованный метод измерений.

5. Разработаны методика проведения и обработки результатов измерений.

6. Экспериментально определены коэффициенты диффузии радона в наиболее исследованных материалах, и полученные результаты сопоставлены с литературными данными.

Научная новизна работы заключается в разработке теоретической основы усовершенствованного метода определения коэффициента диффузии радона в строительных материалах и грунтах в нестационарном режиме массопереноса.

Положения, выносимые на защиту:

1. Теоретическая основа метода определения коэффициента диффузии радона в материалах ограждающих конструкций зданий и грунтах.

2. Установленные соотношения геометрических параметров рабочей камеры экспериментальной установки и образцов испытуемых материалов, при которых достигается требуемая точность измерений.

3. Экспериментальная установка и методика экспериментального определения коэффициента диффузии радона в материалах ограждающих конструкций зданий и грунтах.

4. Результаты экспериментальных исследований коэффициента диффузии радона в различных материалах.

Практически значимые результаты работы:

1. Создано экспериментальное устройство для ускоренных исследований коэффициентов диффузии радона в твердых, сыпучих, рулонных, пленочных и иных строительных материалах и грунтах;

2. Разработана методика и получены результаты экспериментального определения коэффициентов диффузии радона в бетоне и рулонном гидроизоляционном материале на битумной основе.

Основное содержание работы опубликовано:

1. Цапалов А. А. Мониторинг радона с использованием активированного угля. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 1994, № 1, С. 40-43.

2. Гулабянц Л.А., Лившиц М.И., Цапалов А.А. Теоретическая основа нестационарного метода измерения коэффициента диффузии радона в пористой среде. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2006, № 2, С. 43-45.

3. Цапалов А.А. Нестационарный метод измерения коэффициента диффузии радона в пористой среде. Строительная физика в XXI веке: Материалы научно-технической конференции. - М.: НИИСФ РААСН, 2006, С. 486-489.

4. Гулабянц Л.А., Цапалов А.А. Экспериментальное устройство для измерения коэффициента диффузии радона в материалах. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2006, № 4, С. 35-37.

5. Гулабянц Л.А., Цапалов А.А. Метод и устройство для ускоренного измерения объемного коэффициента диффузии радона в различных материалах. Тезисы научно-практического семинара «Радон в геологоразведке и экологии». - М.: ГНЦ ВНИИгеосистем, 2007.

6. Гулабянц Л.А., Цапалов А.А. Определение коэффициента диффузии радона в бетоне и изоляционных материалах. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2008, № 2, С. 44-48.

7. Гулабянц Л.А., Цапалов А.А. Радонопроницаемость рулонного материала Техноэласт. Научно-технический и производственный журнал «Строительные материалы», 2008, № 10, С. 69-71.

Результаты работы внедрены в виде:

1. Опытного образца экспериментального устройства для определения коэффициента диффузии радона в материалах.

2. Проекта Стандарта НИИСФ РААСН "Метод определения коэффициента диффузии радона в материалах ограждающих конструкциях зданий".

3. Пополнения базы данных НИИСФ о расчетных значениях коэффициентов диффузии радона в различных материалах.

При выполнении работы автор использовал опыт инструментального определения параметров ионизирующих излучений, а также методические приемы решения задач диффузионного массопереноса радона в пористых средах, представленные в трудах таких российских ученых, как А.С.Сердюкова, Э.М.Крисюк, Н.В.Демин, И.М.Хайкович, А.П.Ермилов и др., а также зарубежных ученых - Г.Запалака, В.Роджерса, К.Нильсена, К.Ковлера и др.

Составляющие основу диссертации исследования проведены автором в лаборатории радиационной безопасности в строительстве НИИ Строительной Физики РААСН при содействии приборостроительной компании ООО "НТЦ Амплитуда".

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Нестационарные лабораторные методы определения коэффициента диффузии радона в строительных материалах и грунтах обладают рядом существенных преимуществ по сравнению со стационарными. Из числа нестационарных наиболее перспективным является представленный в [65] метод "мгновенного источника". Однако, теоретическая основа этого метода была разработана только для тонких пленочных материалов в предположении отсутствия в них стоков радона, что существенно ограничивает область применения метода.

2. Представленные в диссертации математическая формулировка и решение краевой задачи нестационарного диффузионного массопереноса радона в слое материала неограниченной толщины со стоками радона при воздействии на него "мгновенного" источника и соответствующих эксперименту начальных и граничных условиях представляет собой усовершенствованную теоретическую основу упомянутого выше метода.

3. Проведенные с помощью полученного математического решения задачи расчетные исследования показывают, что при использовании данного метода достаточно достоверное определение коэффициента диффузии радона в материалах с различной радонопроницаемостью возможно лишь при определенных, представленных в диссертации соотношениях геометрических параметров испытуемых образцов материалов и объема камеры экспериментальной установки.

4. При создании реализующей рассматриваемый метод экспериментальной установки решен ряд специфических задач, возникших в связи с необходимостью обеспечить:

• герметичность разъемных соединений элементов установки, в т.ч. образцов испытуемых материалов с их держателями;

• трансформацию рабочего объема камеры;

• "мгновенный" ввод и требуемый уровень начальной активности радона в камере;

• равномерное распределение радона в объеме камеры и необходимую интенсивность газообмена в пограничном слое на границе раздела сред "воздух в камере - образец";

• высокую стабильность чувствительности измерительного тракта установки;

• защиту детектора от образования на нем конденсата.

5. С помощью созданной экспериментальной установки определены коэффициенты диффузии радона в воздухе, воде, песке, бетоне, рулонном гидроизоляционном материале и радонозащитной мембране. Полученные результаты хорошо согласуются с соответствующими данными из литературных источников.

6. Основные технические характеристики экспериментальной установки:

• диапазон определяемого значения объемного коэффициента

-11 -5 2 диффузии радона - от 10 до 10 м/с;

• время испытания - 18 час;

• толщина и влагосодержание образца - не ограничены;

• погрешность определения коэффициента диффузии радона составляет: о для высокопроницаемых материалов в диапазоне -7 -5 2 от 10 до 10 м/с - не более 10%; о для умереннопроницаемых материалов в диапазоне

-10 -7 2 от 10 до 10 м /с - не более 20%; о для слабопроницаемых материалов в диапазоне от 10"11 до Ю"10м2/с - не более 40%.

• допустимое изменение температуры окружающего воздуха во время испытаний не более 3 °С.

1. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С.

2. Основы экспериментальных методов ядерной физики. 3-е изд. М.:Энергоатомиздат, 1985. с. 488.

3. Бадьин В.И., Моисеев Ю.К., Ситько Р.Я. О коэффициенте эманирования из толстого слоя урановых и ториевых руд. Вопросы гигиены и охраны труда на урановых рудниках и обогатительных предприятиях. М.: Атомиздат, 1971.

4. Баранов В.И., Грачева Е.Г. К методике изучения проницаемости горных пород для радиоактивных эманаций. Тр. Радиевого института. 1937. Т. 3. с. 117.

5. Булашевич Ю.П., Карташов Н.П. Определение коэффициентов диффузии радона в горных пародах методом мгновенного источника. Изв. АН СССР. Сер. Физ. Земли. 1967. № 10. с. 71-76.

6. Градостроительный Кодекс Российской Федерации. № 190-ФЗ от 29.12.2004 г.

7. Граммаков А.Г. Вопросы рудной геофизики. Вып. 2. М.: Госгеолтехиздат. 1961. с. 135.

8. Граммаков А.Г., Лятковская П.М. О диффузии радиоактивных эманаций в горных породах. Геофизика. 1935. Т. 5. Вып. 3. с. 290.

9. График хода значений метеопараметров во времени. http://station.gismeteo.ru

10. Грачева Е.Г. Влияние структуры и пористости пород на диффузию радиоактивных эманаций. Тр. ГРИ. 1938. Т. IV.

11. Гулабянц Л.А. Актуальные задачи проблемы обеспечения радонобезопасности зданий. Строительная физика в XXI веке: Материалы научно-технической конференции. М.: НИИСФ РААСН, 2006.

12. Гулабянц JI.А., Заболотский Б.Ю. Мощность «активного» слоя грунта при диффузионном переносе радона в грунтовом основании здания. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2001, №4, с. 38-40

13. Гулабянц JI.A., Заболотский Б.Ю. Плотность потока радона как критерий оценки радоноопасности. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2004, № 3, с 16-20.

14. Гулабянц JI.A., Заболотский Б.Ю. Сезонная вариация потока радона из грунта и оценка радоноопасности площади застройки. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2004, № 4, с. 46-50.

15. Гулабянц JI.A., Лившиц М.И. Расчет концентрации радона в помещениях проектируемых зданий. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2007, № 4.

16. Демин Н.В., Бондаренко В.М., Рогалис B.C. Противорадоновая защита в жилых и общественных зданиях. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2005, №1.

17. Жуковский М.В., Кружалов А.В., Гурвич В.Б., Ярмошенко И.В.

18. Радоновая безопасность зданий. Екатеринбург: УрО РАН, 2000

19. Источники, эффекты и опасность ионизирующей радиации. Доклад Научного комитета ООН по действию атомной радиации Генеральной Ассамблее за 1988 г., с приложениями: В 2-х томах. Т.1.: Пер. с англ. М.: Мир, 1992. с. 552.

20. Источники, эффекты и опасность ионизирующей радиации. Доклад Научного комитета ООН по действию атомной радиации Генеральной Ассамблее за 2000 г., с приложениями. Том 1., 2001.

21. Крисюк Э.М. Радиационный фон помещений. М.: Энергоатомиздат, 1989.

22. Кружалов А.В. Защита от радона-222 в жилых зданиях и на рабочих местах. (Публикация 65 МКРЗ). М.: Энергоатомиздат, 1995.

23. Микляев П.С. "ЧТО ДЕЛАТЬ?" или "радоновый кризис" в радиационных изысканиях. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2005, № 3, с.60-64

24. Микляев П.С., Петрова Т.Б. Механизмы формирования потока радона с поверхности почв и подходы к оценке радоноопасности селитебных территорий. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 2007, № 2, с. 2-16.

25. Новиков Г.Ф., Капков Ю.Н. Радиоактивные методы разведки. Л.: Недра, 1965

26. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). СП 2.6.1.758-99. М.: Минздрав России, 1999.

27. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99). СП 2.6.1.799-99. М.: Минздрав России, 2000.

28. Павлов И.В., Покровский С.С., Камнев Е.Н. Способы обеспечения радиационной безопасности при разведке и добыче урановых руд. М.: Энергатомиздат, 1994. с. 256.

29. Памятка по радону для граждан (перевод). Агентство Охраны Окружающей Среды США. Департамент здравоохранения и гуманитарных служб США. Центр контроля болезней. Служба атмосферы и радиации. Август, 1986.

30. Попретинский И.Ф. Вопросы рудной геофизики. Вып. 2. М.: Госгеолтехиздат. 1961. с. 105.

31. Пособие к МГСН 2.02-97. Проектирование противорадоновой защиты жилых и общественных зданий. М.: Москомархитектура, 1998.

32. Радиометрические методы поисков и разведки урановых руд. Под ред. Алексеева В.В. М., Госгеолтехиздат, 1957.

33. Разведочная ядерная геофизика. Справочник геофизика. Под ред. Кузнецова О.Л., Поляченко А.Л. М., «Недра», 1986.

34. Салтыков Л.Д., Шалаев И.Л., Лебедев Ю.А., Горбушина Л.В.

35. Радиационная безопасность при разведке и добыче урановых руд. М.: Энергоатомиздат, 1984.

36. Сердюкова А.С., Капитанов Ю.Т. Изотопы радона и короткоживущие продукты их распада в природе. М.: Атомиздат, 1969. с. 312.

37. Сердюкова А.С., Капитанов Ю.Т. Изотопы радона и продукты их распада в природе. М., Атомиздат, 1975.

38. Сердюкова А.С., Капитанов Ю.Т., Заводская М.П. Определение коэффициентов диффузии по величине концентрации радона в воздухе горных пород и тупиковых выработок. Изв. АН СССР. Физика земли. 1965. №7.

39. Термоанемометр АТТ-1004. http://www.aktakom.ru/productykio/att-1004.htm37. Термогигрометр CENTER-313

40. CENTER TECHNOLOGY CORP. http://www.centertek.com/313.htm

41. Федеральный закон Российской Федерации «О внесении изменений в Градостроительный Кодекс Российской Федерации и отдельные законодательные акты Российской Федерации». № 232-Ф3 от 18.12.2006 г.

42. Федеральный закон Российской Федерации «О радиационной безопасности населения». № З-ФЗ от 09.01.1996 г.40. Физическая энциклопедия.

43. М.: Большая Российская энциклопедия. Том 4, с. 704, 1994.

44. Хайкович И.М. О накоплении эманации в камере, установленной на поверхности радиоактивной породы. Вопросы рудной геофизики. Вып. 1. М.: Госгеолтехиздат, 1960. с. 62.

45. Ярмошенко И.В., Жуковский М.В., Екидин А.А. Моделирование поступления радона в жилища. Научно-информационный журнал по радиационной безопасности «АНРИ», 1999, №4(19).

46. Ball, В. Harris, W, Burford. A laboratory method to measure gas diffusion and flow in soil and other porous materials. J. Soil Sci. vol 32, p. 323-333.

47. Cohen B.L. Methods for Predicting the Effectiveness of Uranium Mill Tailing Covers, Nucl. Inst, and Meth. 164, p. 595-599, 1979.

48. Culot MVJ, Olson HG, Schiager KJ. Effective diffusion coefficient of radon in concrete. Theory and method for field measurements. Health Phys 30, p. 263-270, 1976.

49. Comparative Dosimetry of Radon in Mines and Homes. NRC, 1991.

50. Cozmuta I. and E.R. van der Graaf. Methods for Measuring Diffusion Coefficients of Radon in Building Materials. The Science of the Total Environment, 272 (2001), p. 323-335.

51. Dadong Iskandar, Takao Iida, Shiro Nakashima. Determination of222Rn Diffusion Coefficient in Japanese Soils. http://www.irpa.net/irpal0/cdrom/00370.pdf

52. Daoud W.Z., Renken K.J. Laboratory assessment of flexible thin-film membranes as a passive barrier to radon gas diffusion. Sci Total Env 272 (1— 3), p. 127-135, 2001.

53. Flugge S., Zimens K. Die Bestimmung von Korngrossen und von Diffiisionskonstanten aus dem Emaniervermogen. Z. phys. Chem. 1939. Bd 42. s. 179-186.

54. Folkerts KH, Keller G., Muth H. An experimental study on diffusion and999 99Пexhalation of Rn and Rn from building materials. Radiation Protection Dosimetry, v.9, p. 27-34, 1984.

55. Gadd MS, Borak ТВ. In-situ determination of the diffusion coefficient of 222Rn in concrete. Health Phys 68, p. 817-822, 1995.

56. Harrison G.E. The diffusion of radon gas mixtures. Birmingham. AL: University of Birmingham; 1938

57. Hulka J. Determination of Radon Diffusion Coefficient of Radon Barriers. Radon Investigation in the Czech Republic YI and the Third International Workshop. Czech Geological Survey Radon corp. 1996, p. 124-127.

58. Internet: www.monarflex.com

59. Keller G., Hoffmann B. The Radon Diffusion Length as a Criterion for the Radon Tightness. Sci Total Env 272 (1-3), p. 85-89,2001.

60. Kovler K., Perevalov A., Steiner V., Rabkin E. Determination of the Radon diffusion length in building materials using electrets and activated carbon. Health Physics, v.86, №5, p. 505-516, 2004.

61. Nazaroff W.W., Nero A.V. Radon and Its Decay Products in Indoor Air, New York: John Wiley & Sons; 1988.

62. Nielson K., Rich, D., Rogers, V. Kalkwarf, D. Comparison of radon diffusion coefficient measured by transient diffusion and steady state laboratory methods. Nuclear Regulatory Commission Report NUREG/CR 2875, 1982.

63. Nielson K.K., Rogers V.C., Gee G.W. Diffusion of Radon through Soils: A Pore Distribution Model, Soil Sci. Soc. Am. J. 48, p. 482-487, 1984.

64. Pedro L. Fernandez, Luis S. Quindos, Carlos Sainz, Jose Gomez. Atheoretical approach to the measurement of radon diffusion and adsorption coefficients in radonproof membranes. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В 217, p. 167-176, 2004

65. Poffijn A., et al. On the Exhalation and Diffusion Characteristics of Concrete, Radiation Protection Dosimetry, 24, p. 203-206, 1988.

66. Put LW, van der Graaf ER. Invoerparameters voor radontransportmodellen: een literatuurstudie. KVI report, R92, 1996 (in Dutch).

67. Quindos Poncela atal. Evaluation of Radon Diffusion Coefficient of Radon Barriers: First Results with a Radon Chamber. Third Eurosymposium on Protection against Radon. Liege, 10 and 11 May 2001. Proceedings.

68. Renken K, Rosenberg T. Laboratory measurements of the transport of radon gas through concrete samples. Health Phys 1995; 68, p. 800-808, 1995.

69. Rogers VC, Nielson KK. Data and models for radon transport through concrete. In: The 1992 International Symposium on Radon and Radon Reduction Technology. Washington, DC: USEPA; EPA-600/R-93-083a; 1993,6:41-6:56.

70. Rogers VC, Nielson KK. Multiphase radon generation and transport in porous materials. Health Phys 1991; 60, p. 807-815.

71. Rogers VC, Nielson KK. Porosity trends in radon transport through concrete and consistency in defining diffusion coefficients. Health Phys 1997; 72, p. 153-154.

72. Rogers VC, Nielson KK, Holt RB. Radon diffusion coefficients for aged residential concretes. Health Phys 1995; 68, p. 832-834.

73. Rogers VC, Nielson KK, Holt RB, Snoddy R. Radon diffusion coefficients for residential concretes. Health Phys 1994; 67, p. 261-265.

74. Rogers VC., Nielson KK., Kalkwarf DR. Radon Attenuation Handbook for Uranium Mill Tailings Cover Design, NUREG/CR-3533, 1984.

75. Rona, E. Diffusiongrosse und Atomdurchmesser der Radium-emanation (Magnitude of diffusion and atomic dimensions of radium emanation), Ztschr. phys. Chemie., 92,p. 213-218, 1917.

76. Sasaki T, Gunji Y, Okuda T. Transient-diffusion measurement of radon in Japanese soils from a mathematical viewpoint. Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol. 43, No. 7, p. 806-810, 2006

77. Silker W.B. A Radon Attenuation Test Facility, NUREG/CR-2243, U.S., 1981,

78. Nuclear Regulatory Commission, Washington, D.C.

79. Silker W.B., Kalkwarf D.R. Radon Diffusion in Candidate Soils for Covering Uranium Mill Tailings, NUREG/CR-2924, PNL-4434, 1983, prepared by Pacific Northwest Laboratory for U.S. Nuclear Regulatory Commission, Washington, D.C.

80. Sogaard-Hansen J., Damkjaer A. Determining 222Rn Diffusion Lengths in Soils and Sediments, Health Physics 53(5), p. 455-459, 1987.

81. Tanner A.B. Radon migration in the ground, a review. The National Radiation Environment, University of Chicago Press, 1964.

82. Tyrrell, H.J.V., Harris, K.R. Diffusion in Liquids, a theoretical and experimental study. Butterworths, 1984.

83. Van der Spoel WH. Radon transport in sand: a laboratory study. Ph.D. thesis, Technical University Eindhoven, The Netherlands, 1998.

84. Zapalac G. A time-dependent method for characterizing the diffusion of 222Rn in concrete. Health Phys 45: p. 377-383; 1983.

85. Литературные данные о коэффициентах диффузии радона в строительных материалах и грунтах

86. Материал, тип грунта Коэффициент диффузии, м2 /с Плотность, кг/м3 Пористость Водоцементное отношение Источник1 2 3 4 5 61. Строительные материалы.

87. Бетон (0,21-5,2)* 10"7 1910-2260 0,19-0,27 0,53-0,67 71.

88. Бетон (2,6-3,6)* 10"У 1960-2120 0,19-0,24 70.

89. Бетон (доломит, кварцевый песок, цемент, зола) (0,94-2,73)* 10"8 2330 0,56 58.

90. Бетон (гравий, песок, цемент) 0,46*10"9 2520 0,48 47.

91. Бетон 3,34*10"8 2400 0,068 83.

92. Бетон 6*10"8 2250 0,32 83.

93. Бетон ( щебень, песок, цемент) 4,96* 10'8 0,12 0,5 66.

94. Бетон (щебень, песок, цемент, зола) 1,43*10"9 0,20 1,0 66.

95. Бетон (щебень, песок, цемент) 9,1*10"8 0,17 0,65 66.

96. Бетон (1,5-2,5)* 10'8 2100 0,13 52.

97. Бетон (0,007-1,3)* 10"6 - - 51.

98. Бетон (0,2 4,6)* 10"7 - - - 67.

99. Газобетон 1,3*10"Ь - - 57.

100. Бетон тяжелый 0,75* 10'8 - - 57.

101. Бетон тяжелый 2,5*10"У - 45.

102. Полимербетон < ю-1' - - 57.

103. Пластиковая пленка < 10"12 - - 57.

104. Эпоксидная смола < ю-12 - - 57.

105. Полиэтилен высокой плотности (0,32-1,2)* 10"9 - - 65.

106. Материал рулонный гидрогазоизоляционный наплавляемый (0,8-1,5)* Ю"10 - - НИИСФ

107. Поливинилхлоридная пленка 5,9*10'12 - - 54.

108. Полиэтилен высокой плотности 5,8*10"12 - - 54.1. Битум < ю-" - - 57.

109. Полиэтилен высокой плотности < ю-12 - - 57.

110. Полиэтилен 1,1*10~15 - - 47.

111. Полипропиленовая пленка 0,27*10"12 - - 54.продолжение таблицы1 2 3 4 5 61. Грунты

112. Кора выветривания гранитов 2,1*10"6 0,19 - 31.

113. Глинистая кора выветривания 3,2* 10"7 0,06 - 31.

114. Элювиально-делювиальные отложения 5*10"7 0,23 - 31.

115. Песок глинистый утрамбованный 2,6*10"6 - - 30.

116. Песок глинистый не утрамбованный 3,3* ю"6 - - 30.

117. Песок кварцевый сухой (1,0-6,5)* 10"Ь - - 30.

118. Песок кварцевый сухой 4,5*10'6 0,43 - 31.

119. Песок кварцевый сухой 6,5*10"6 - - 7.

120. Песок кварцевый (1,0-3,7)* 10"6 - - 34.

121. Делювиальные, слегка влажные отложения 7*10"6 - - 30.

122. Почва суглинистая (1-3)*10"Ь - - 30.

123. Глины (0,65-0,75)* 10"6 - - 30.

124. Элювиально-делювиальные щебенистые отложения 4,5*10'6 - - 30.

125. Песок речной 1,2*10"6 0,43 - 30.

126. Суглинок 1,1*10"6 0,41 - 30.

127. Песок (4,5-7,0)* 10"& 0,4 - 34.

128. Рыхлые отложения (2,0-3,5)* 10"6 0,2 - 34.

129. Глинисто-песчаные наносы 2,7*10"6 - - 59.

130. Плотные наносы песков (3,0 ± 1,3)* 10'6 0,29-0,36 - 59.

131. Плотные глинистые пески (3,2±1,5)*106 0,32-0,39 - 59.

132. Глины плотные (2,5 ± 1,0)*10"ь 0,32-0,43 - 59.

133. Программа вычисления объемной активности радона в камере экспериментальной установкиrestart;

134. V:=0.00053;LS:=0.117;h:=0.004;D:=0.00000000008;T:=600;c0.:=10000;v:=8;n:=8;e:=0.01 ;е2:=0.01 ;10:=0.0000021;1. ТТ:=Т* 100;1. S:=Pi*LSA2/4;1. Hl:=e/D;1. H2:=e2/D;b 1 :=H 1 *Н2/(h*H 1 *Н2+Н 1+Н2);

135. Ь2 :=-Н 1 * (h*H2+1)/(h*H 1 *Н2+Н 1+Н2);g:=tan(m*h)-((Hl+H2)*m)/(mA2-Hl*H2);

136. K0.:=-(l+b2)*exp(10*(t-tl));f0.:=-(l+b2)*exp(-10*t);q0.:=10;d0.:=-(l+b2);old := i;for i from 1 to v do m1.:=fsolve(g,m,Pi*(i-l)/h.Pi*i/h); di.:=-2*(

137. Н2Л2*Ь 1 *h*sin(h*m1.)*mi.A2+H2A2*m[i] *b 1 *h*H 1 *cos(h*m[i])

138. H2A2*b2*sin(h*m1.)*mi.A2+H2A2*m[i]*b2*Hl*cos(h*m[i])

139. H2A2*b2*Hl*m1.-H2A2*bl*Hl*sin(h*mi.)

140. H2A2*b 1 *cos(h*m1.)*mi.+H2A2*bl *m[i]m1.A4*bl*h*sin(h*mi.)+m[i]A3*bl*h*Hl*cos(h*m[i])m1.A4*b2*sin(h*mi.)+m[i]A3*b2*Hl*cos(h*m[i])-m[i]A3*b2*Hlm1.A2*b 1 *Hl*sin(h*mi.)m1.A3*bl*cos(h*mi.)+m[i]A3*bl)/(m[i]*(HlA2*h*H2A2+h*m[i]A2*HlA2+

141. HlA2*H2+Hl*H2A2+m1.A2*Hl+h*mi.A2*H2A2+h*m[i]A4+m[i]A2*H2));q1. :=evalf(mi.A2*D+10,6);

142. K1.:=di.*exp(q[i]*(t-tl));f1.:=di.*exp(-q[i]*t)od;

143. K:=(S/V)*e*sum('K1.7i-0.v); f:=(S/V)*e*c0.*sum('f{i]7i-0.v);1. F0.:=f;old:=k;for k from 1 to n do Flk.:=evalf(simplify( K*F[k-l]),8);with (student):pk.:=int(Fl [k],t);

144. Slj. :=subs(t=(j-l)*0.01*TT, c[2]); SID]»integer;

145. S2j. :=subs(t=0-l)*0.01*TT, c[3]); S2[j]::integer od;

146. AA := array( h,v,n,c[0.,LS,V,e,e2,h,D,10,TT);with(plots):1. :=plot(c 1 . ,t=0. .TT,title=' О A,Bk/m3Л ,colour=black);1.:=plot(c2.,t=0.TT,colour=green);1.:=plot(c3.,t=0.TT,colour=green);

147. AAA := array( h,v,n,c[0.,LS,V,e,e2,h,D,10,TT]);display(Ll,L2,L3,view=0.TT,-l.c[0.]);

148. Расшифровка идентификаторов в программе

149. Целесообразные сочетания размеров образца и объема камеры экспериментальной установки

150. Объем камеры, л Толщина образца, мм Диаметр образца, мм40 60 90 150

151. Целесообразные сочетания геометрических размеров образца и объема камеры соответствуют выделенным областям в таблице.

152. Блок-схема алгоритма вычисления коэффициента диффузии радона в испытуемом образце материаладаi<J->01=11. Sj.\>\S[j-l]\