Радиационное воздействие радона, торона и продуктов их распада на человека

Еше в XVI веке привлекала внимание медиков таинственная горная болезнь шахтеров: смертность среди рудокопов была в 50 раз выше, чем среди прочего населения. Значительно позже анализ причин смерти ра­бочих шахт на урановых рудниках Европы в южной части Германии и Че­хословакии показал, что от 30 до 50% горняков умирает от рака легких. Поэтому работы по изучению радиационного воздействия радона стали интенсивно развиваться.

Концентрация радона в воздухе определяется количеством распадов радиоактивных ядер в секунду в I м3 воздуха. Для радона это практически равно числу генерируемых в процессе распада альфа-частиц. Среднее со­держание радона в воздухе приземной атмосферы составляет приблизи­тельно 3,7 Бк/м3 или 10 ^-1010'" Ки/м3.

Для описания интегральной объемной активности дочерних продук­тов распада радона в воздухе часто используется понятие «скрытая энер­гия». Скрытая энергия - суммарная энергия альфа-излучения, которая выделяется в единице объема воздуха при распаде всех короткоживуших ДПР (для радона-222 - вплоть до свинца-210, который имеет период полураспада 22 года, см. рис. I). Если в воздухе содержится 3700 Бк/м' (100 пКи/л) радона-222 в полном равновесии с дочерними продуктами распада, то величина скрытой энергии будет равна 1,2835 • 10³ МэВ/л. Данная величина, округленная до 1,3 • 10" МэВ/л, носит название «рабо­чий уровень» (Working Level — WL) и широко используется за рубежом для определения объемной активности ДПР в воздухе.

Агентство по охране окружающей среды США водном из своих докла­дов приводит сведения об исследовании риска заболеваний и смертности, вызываемых облучением от радона и сопоставляет эту степень риска с данными по внешнему облучению от рентгеноскопических обследований и курения (табл. 1) [2]. Последние исследования, проведенные Агентст­вом по охране окружающей среды США, показали, что связанные с радо­ном заболевания раком легких среди курильщиков в три раза выше, чем у некурящей части населения, то есть, несмотря на то, что риск от курения существенно меньше радонового риска, курение повышает риск от воздействия радона.

При оценке радонового риска всегда надо помнить, что вклад собственно радона в облучение относительно невелик. При радиактивном равновесии между радоном и его ДПР этот вклад не превышает 2%. Поэтому доза облучения легких от ДПР радона определяется величиной, эк­вивалентной равновесной объемной активности (ЭРОА) радона [1, 2]:

СRn экв = n Rn FRn = O,IO46n_RaA + 0,5161 n_RaB + 0,3793 n_RaC

где n_Rn , n_RaA , n_RaВ , n_RaС — объемные активности радона и его ДПР (RaA, RaB, RaC, так часто обозначают нуклиды Ро-218, РЬ-214, Ро-214), Бк/м3, соответственно; F_Rn - коэффициент равновесия, который определяется как отношение эквивалентной равновесной объемной активности радона в воздухе к реальной объемной активности радона. На практике всегда F_Rn < 1 (0,4—0,5). Для перехода к единицам WL необходимо умножить ве­личину ЭРОА на коэффициент, равный 34,6 МэВ/л Бк.

---

До 1980 года ни в одной стране мира не устанавливались нормативы на содержание радона и его ДПР в помещениях. И только в последние деся­тилетия, когда стало ясно, что радоновая проблема, включая вопросы нормирования и снижения доз облучения, требует обязательного реше­ния, были введены соответствующие нормативы для существующих и проектируемых зданий[4].

О повышенных концентрациях радона в помещениях

Радон попадает в атмосферу помещений различными путями: а) про­никает из грунта, на котором стоит здание; б) выделяется из строитель­ных материалов (цемент, щебень, кирпич), из которых построено здание; в) привносится с водопроводной водой, бытовым газом и другими про­дуктами жизнеобеспечения (рис. 3) [6]. Таблица 3.

Коэффициенты эманирования η и эффективная удельная активность C_Rnη в строительных материалах

Материал	Страна	Число образцов	CRn, Бк/кг	п,%	CRllv|, Бк/кг
Бетон	Венгрия	100	13	28	3,6
	Норвегия	137	28	1-20	0,3-5,6
Бетон с золой	Россия	15	27	II	3,1
	США	8	19	26	4,9
Красный кирпич	Венгрия	200	55	4	2,0
	Россия	16	36	1,5	0,55
Гипс	США	12	12	28	3,4
	Россия	4	9	4,4	0,37
Гипс апатитовый	Польша	10	26	3,5	0,9
Гипс фосфоритовый	Польша	3	580-740	13-20	86-130
Шлак	Польша	11	70	0,7	0,5
Песок	США	2	34	16	5,4
	Россия	14	10	20	1,9
Гравий	США	4	14	7	1,0
	Россия	5	16	II	1.7
Керамзит	Россия	7	28	1,0	0,41
Известь, мел	Россия	6	26	3,5	0,92
Туф	Россия	5	48	1,4	0,59

Радон хорошо растворяется в воде, поэтому он содержится во всех природных водах, причем в глубинных грунтовых водах его, как правило, заметно больше, чем в поверхностных водостоках и водоемах. Напри­мер, в подземных водах его концентрация может изменяться от 4-5 Бк/л до 3-4 МБк/л, то есть в миллион раз. В водах озер и рек концентрация радона редко превышает 0,5 Бк/л, а в водах морей и океанов - не более 0,05 Бк/л. Радон попадает из вод в атмосферу за счет процессов эксхаляции - дегазации с выносом радона из воздушных пузырьков находящихся в воде.

Наиболее интенсивно этот процесс происходит при разбрызги­вании, испарении и кипении воды.

Процессы эксхаляции повинны и в появлении радона в помещениях за счет выхода его из строительных материалов. При этом количество ра­дона, поступающего в воздух, определяется не только содержанием радия (урана, тория) в материалах, но и величиной коэффициента эманирова­ния (выделения), определяющего долю радона, поступающего в атмосфе­ру, от общего количества радона, генерируемого в данном материале. При этом общая радиоактивность в помещении, определяемая по гамма-съем­ке, не всегда может характеризовать опасность радоновыделения, о чем свидетельствуют данные табл. 3 [6].

---

Рис. 3. Основные пути попадания радона в здание: из грунта по трещинам и

щелям, из стен и строительных конструкций

Нередки случаи, когда здания, построенные из сравнительно слабора­диоактивных (по гамма-излучению) материалов, крайне опасны по радону за счет его высокого эманирования из вещества строительного материала. Кроме того, многие цементы имеют повышенное содержание естествен­ного радиоактивного изотопа калия-40, который в процессе распада гене­рирует гамма-излучение и не продуцирует радиоактивные газы. В этом случае на фоне относительно повышенного гамма-излучения не будет на­блюдаться повышения уровня концентрации радона. Следовательно контроль интенсивности гамма-излучения строительных материалов по­средством гамма-радиометров не гарантирует чистоты по радону для строящихся из этих материалов зданий. Опасность строительных матери­алов по радону необходимо контролировать непосредственно только по радону.

Третий, наиболее значимый путь накопления радона в помещениях также связан с выделением радона, но уже непосредственно из грунтов, на которых построено здание или сооружение.

Среднее содержание урана-238 на материках около 3 мкг/т. При этом результирующая активность горных пород составляет приблизительно 50000 распадов в секунду (50000 Бк/т), иными словами в каждую секунду тонна горной породы генерирует 50 000 атомов радона. Однако радон в недрах Земли распространен крайне неравномерно. Это связано с тем, что радон накапливается в тектонических нарушениях, куда он поступает по системам микротрещин из горных пород. Радоновыделение же определя­ется как общей радиоактивностью горных пород, так и их коллекторскими свойствами (способностью аккумулировать радон) и коэффициентом эманирования (способностью выделять накопленный радон) [3, 6].

В практике геологических исследований нередки случаи, когда слабо­радиоактивные породы содержат в своих пустотах и трещинах радон в ко­личествах, превышающих в сотни и тысячи раз его количество в более ра­диоактивных горных породах. При «дыхании» Земли радон выделяется из горных пород, причем в наибольших количествах из участков, в пределах которых имеются коллекторы радона. Возведение непосредственно над такими трещинными зонами зданий и сооружений приводит к тому, что в эти сооружения непрерывно поступает поток грунтового воздуха с высо­ким содержанием радона, который, накапливаясь в воздухе помещения выше предельно допустимых концентраций (ПДК), создает серьезную ра­диологическую опасность для проживающих в этих помещениях людей или рабочего персонала. Известны случаи, когда в производственных под­вальных помещениях, снабженных вытяжной вентиляцией, за счет кото­рой происходит подсос радона из почвы, объемная концентрация радона достигала 8000—10000 Бк/м3 что превышало нормы в 40—50 раз [7].

---

Радон в зданиях

К настоящему времени в различных странах накоплена достаточно обширная информация о содержании радона в жилых и служебных поме­щениях. Эти данные постоянно пополняются и уточняются, поэтому представления о средних концентрациях радона в зданиях и его ПДК претерпевают изменения. С этой точки зрения интересны результаты об­следования домов в различных странах (табл. 4) [5].

Уровень концентрации радона и ДПР в атмосфере домов существенно зависит от естественной и искусственной вентиляции помещения, тща­тельности заделки окон, стыков стен и вертикальных коммуникационных каналов, частоты проветривания помещений и т.д. Например, наиболее высокие концентрации радона в жилых зданиях отмечаются в холодный период года, когда традиционно принимают меры к утеплению помеще­ний и уменьшению обмена воздуха с окружающей средой [4]. Однако наи­лучшие результаты снижения радонового риска в существующих зданиях дает правильно выполненная вентиляция. Анализ активности радона при воздухообмене показывает, что даже однократный воздухообмен за I час снижает концентрацию радона практически на два порядка (рис. 4) [1].

Как указывалось ранее, при прочих равных условиях (конструкция, этажность домов, строительный материал и т.п.) концентрация радона в помещениях прямо связана с его концентрацией в грунтах под домами. Последняя определяется содержанием в них радия, а также физическими параметрами грунта:

г де U — содержание урана, равновесного с радием; К_эм — коэффициент эманирования горной породы; р, г| - плотность и пористость грунта.

Таблица 4. Содержание радона в зданиях

Страна, регион	Число обследованных зданий	Концентрация радона. Бк/м'
Канада	13450	17±4
Германия	5 70	40 ±2
Финляндия	2 54	64 ±3
Италия	1000	25 ±3
Нидерланды	927	30 ±5
Швейцария	400	-
подвал		720± 120
1-й этаж		228 ± 68
2-й этаж		127 ±36
Альпы	100	—
подвал		926 ±210
1-й этаж		267 ± 73
2-й этаж		171 ±42
США	300	72 ±5
Великобритания	2 00	12±3

Расчетные концентрации свободного радона, не входящего в кристал­лическую решетку минералов и способного перемешаться по трешинам и порам, в зависимости от свойств грунта приведены в табл. 5 [4]. Как видно из данных таблицы, содержание свободного радона существенно зависит от всех указанных параметров горных пород и может изменяться в широ­ких пределах. В приповерхностных условиях концентрация радона в грун­тах заметно снижается по сравнению с табличными значениями за счет выхода радона в атмосферу.

---

В процессе тектонической деятельности повышается пористость гор­ных пород, образуются системы разнонаправленных трещин, полостей. Поэтому тектонические зоны приобретают хорошие коллекторские свой­ства, в них происходит накопление радона, повышается коэффициент эманирования. Как результат — большая часть тектонических нарушений превращается в радононосные подводящие структуры. Если над такими структурами располагаются постройки, вероятность накопления в них высоких концентраций радона резко повышается.

Таким образом, непосредственно связанные с земными недрами ис­точники поступления радона представляют две группы:

1) сами горные породы; при этом радон поступает в дома за счет его высокого геохимического фона в породах (сланцы, граниты, сиениты). Повышенный местный геохимический фон (например, при концентра­ции радона в грунтах более 50—100 Бк/л) может создать значительные по плошади радононосные участки, в пределах которых концентрация радо­на практически повсеместно может превышать ПДК в десятки раз (до 1000 Бк/м³);

2) радононосные тектонические зоны, которые характеризуются резко аномальными концентрациями радона (во много раз превышающими ме­стный геохимический фон), четко выраженными линейными размерами (как правило, ширина таких зон составляет десятки—сотни метров при протяженности на многие сотни и тысячи метров). Концентрация радона в воздухе домов, располагающихся над такими зонами, может достигать очень высоких значений (до десятков тысяч Бк/м¹).

Таблица 5. Содержание свободного радона в различных горных породах

Порода	У Уран, г/т	Плотность, г/см	Порис­тость, %		Радон, Бк/м-
Конгломераты	2.4	2,5	0.7	15	81
Песчаники	2.9	2.5	20	30	133
Глины	4.0	2,0	20	40	200
Углистые сланцы	15.0	2.6	20	15	500
Каменный уголь	3,5	1,3	15	35	100
Диабаз	0,6	2.7	0.5	5	5
Пироксенит	0,03	3,2	0,5	5	0.3
Гранит	4,5	2,6	1,5	10	74
Липарит	4,7	2.35	1,2	15	175
Сиенит	10.3	2.6	0.5	15	250
Рыхлые по граниту	3,5	2.0	5.0	45	200
Рыхлые по осадочным породам	2,5	1,8	20.0	55	80

Снижение объемной активности радона в зданиях

Дискуссия между сторонниками так называемых геологического и ра-диационно-гигиенического подходов к оценке радонового риска носит острый характер [1,4]. Сторонники первого подхода утверждают, что ос­новной информацией, необходимой для определения радоноопасности. являются данные об объемной активности почвенного радона, проницае­мости почвы, наличии тектонических разломов, радоновых подземных вод и т.п. Для радиационно-гигиенического подхода характерна ориента­ция на проведение массовых измерений объемной активности радона и его ДПР в воздухе жилых и производственных помещений, а геологичес­кая информация носит, как правило, вспомогательный характер. Истина, как обычно, находится где-то посередине. В [4| прямо указывается, что, несмотря на то, что последним критерием радоноопасности является по­вышенная концентрация радона в помещениях, границы радоноопасных зон в отдельных регионах должны быть установлены на основе геологиче­ских критериев. Поэтому одной из важнейших первоначальных задач ре­шения радоновой проблемы является изучение геологической обстановки на предмет радонового риска. Большая работа в этом направлении прове­дена российскими геофизиками, которые составили карту радоноопасно­сти России [6].

---

Смотрите также файлы

• упп по порядку.docx

• ЕЛЕЦКИЙ Н.Д. - ОСНОВЫ ПОЛИТИЧЕСКОЙ ЭКОНОМИИ.doc

• Кино Италии. Неореализм.doc

• метод. 1 курс ЗО.doc

• Обслуживание тепловозов.doc