Особенности формирования радиационного фона в помещениях зданий на примере Красноярского края

Гуненко Евгения Дмитриевна лаборант, ФГАОУ ВО "Сибирский федеральный университет" 660041, Россия, Красноярский край, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а Gunenko Evgeniya Dmitrievna Laboratory Assistant, Siberian Federal University 660041, Russia, Krasnoyarskii krai, g. Krasnoyarsk, pr. Svobodnyi, 82a jane-gunenko@mail.ru

Введение

Дозы облучения населения формируются за счет природных, медицинских и техногенных источников ионизирующего излучения. Основную дозовую нагрузку население получает от природных источников радиации, к которым относят космические лучи и естественные радионуклиды, распространенные как на поверхности и в недрах Земли, так и присутствующие в организме человека. В свою очередь, наиболее важными природными источниками земного излучения являются калий, рубидий и два ряда радиоактивных элементов, образующихся при распаде урана и тория.

Важнейшим радиоактивным продуктом распада в ряду урана является радий, при радиоактивном распаде которого образуется радон – бесцветный инертный газ без запаха с периодом полураспада 3,82 дня, не имеющий стабильных и долгоживущих изотопов. Именно радон вносит наибольший вклад в облучение населения ^[1].

Радон способен выделяться из грунтов, воды, строительных материалов и накапливаться в воздухе помещений. При определенных геологических условиях радон может содержаться в топливных ресурсах, таких как бурый уголь и природный газ, и, соответственно, при сжигании топлива выделяться в воздух помещений. Как уже было отмечено, радон – тяжелый газ, в 7,5 раз тяжелее воздуха, что приводит к тому, что радон способен накапливаться в подвальных помещениях и на нижних этажах зданий. Поступая внутрь помещения тем или иным образом, радон способен накапливаться в нем. В результате в воздухе могут образовываться довольно высокие уровни радиации. При этом герметизация помещений с целью утепления затрудняет вентиляцию радона. Таким образом, в помещениях зданий формируется техногенно измененный радиационный фон ^[2].

Цель работы заключается в рассмотрении, анализе и систематизации существующих исследований, направленных на выявление радиационной обстановки на территории Красноярского края. Предполагается, что такой подход будет способствовать более точной и корректной оценке радоновой проблемы что, в свою очередь, позволит выработать эффективный комплекс мероприятий по снижению концентрации радона в воздухе помещений.

Для этого автором проводится комплексный сравнительный анализ исследований, накопленный за относительно недолгий период подробного изучения данного вопроса. Автор ставит задачи выявления, рассмотрения и обобщения проблемы возможного облучения, вызванного конкретными источниками поступления радона в воздух помещения, а именно, содержанием материнских радионуклидов радона в грунтах, а также непосредственным содержанием радона в водопроводной воде и строительных материалах.

Основная часть

Впервые вопрос возник в XV-XVI веках, когда была замечена высокая смертность австрийских горняков при добыче свинцовых руд. Однако только в конце XIX – начале XX века было установлено явление радиоактивности, после чего последовало открытие, изучение и описание такого радиоактивного элемента как радон. Гораздо позже была выявлена опасность радона, и, соответственно, встал вопрос о необходимости защиты населения от такого источника облучения.

Проведены и опубликованы исследования относительно влияния радона на здоровье человека ^{[3, 4, 5]}. Отмечается, что наибольшую опасность радон представляет при непосредственном воздействии на внутренние ткани организма, которое обусловлено попаданием радона при дыхании, а также в процессе приема воды и пищи. Необходимо отметить, что радон является второй, после курения, по распространенности причиной развития рака легкого.

Задача обеспечения защиты здоровья и жизни населения от фактора ионизирующего воздействия является одной из приоритетных для международного экологического сообщества, ведущая роль которого принадлежит ООН, ее специализированным учреждениям и связанным с ООН организациям: Международному агентству по атомной энергии (МАГАТЭ), Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ), Всемирной организация здравоохранения (ВОЗ).

Международное сотрудничество, осуществляемое РФ в области радиационной безопасности, призвано содействовать решению задачи снижения риска образования рака, генетических мутаций и смертности, вызванных повышенным естественным радиационным фоном, а также обеспечения устойчивого развития страны.

Согласно ст. 22 ФЗ «О радиационной безопасности населения» ^[6] «Граждане Российской Федерации, иностранные граждане и лица без гражданства, проживающие на территории Российской Федерации, имеют право на радиационную безопасность».

Помещения зданий общественного и жилого назначения должны отвечать условиям радиационной безопасности ^[7]. С этой целью на стадии проектирования и проведения инженерно-геологических изысканий проводят необходимые исследования и определяют радиационную обстановку на месте предполагаемого строительства ^[8].

Основным документом, устанавливающим уровень допустимого воздействия от источников ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения, на территории РФ являются Нормы радиационной безопасности ^[9]. Таким образом, величина среднегодовой эквивалентной равновесной объемной активности дочерних продуктов радона и торона в воздухе помещений вновь строящихся зданий жилого и общественного назначения не должна превышать значений 100 Бк/м3 и 200 Бк/м3 для эксплуатируемых жилых и общественных зданий. Наряду с этим эффективная удельная активность природных радионуклидов в строительных материалах, используемых в строящихся и реконструируемых зданиях, не должна превышать 370 Бк/кг (I класс), для материалов, применяемых в дорожном строительстве на территории населенных пунктов – 740 Бк/кг (II класс), для материалов, применяемых в дорожном строительстве вне населенных пунктов – 1500 Бк/кг. Также предъявляется требование к величине мощности эффективной дозы гамма-излучения внутри зданий, которая не должна превышать мощности дозы на открытой местности более чем на 0,2 мкЗв/час ^[10].

В 2000 году Правительство Российской Федерации приняло Федеральную целевую программу «Ядерная и радиационная безопасность России» (ФЦП ЯРБ) на 2000-2006 годы, одной из подпрограмм которой является «Снижение уровня облучения населения и техногенного загрязнения окружающей среды природными радионуклидами». Затем была принята ФЦП ЯРБ на 2008-2015 годы. В настоящее время действует ФЦП ЯРБ на 2016-2020 годы и на период до 2030 года.

Несмотря на основную направленность Программы по защите населения от облучения техногенного характера, проблема радиационной безопасности рассматривается комплексно; в том числе внимание уделяется вопросу воздействия радиоактивного излучения, обусловленного природными источниками ^[11].

Проводимые в рамках Программ мероприятия, величина финансирования, промежуточные показатели реализации Программ, а также продолжение работы в рамках направления указывают на актуальность и значимость проблемы как на федеральном уровне, так и на местных уровнях организации.

В целях проведения мониторинга природного и техногенного воздействия ионизирующего излучения на человека и радиационного контроля поглощаемой дозы от природных источников разрабатываются схемы районирования стран и отдельных регионов по степени радоноопасности ^{[12, 13, 14]}.

На территории Красноярского края также проводились исследования, направленные на выявление радоноопасных территорий. Согласно Геологическому атласу под редакцией А. А. Смыслова ^[15] территория Красноярского края относится к радоноопасным регионам. При этом, к особо опасной зоне относят центральные и южные районы края, так как именно здесь обнаружены месторождения урановых руд. Следует отметить, что центральные и южные районы являются наиболее благоприятными для проживания и во все исторические периоды хозяйственного и градостроительного освоения являлись наиболее населенными в Красноярском крае ^[16].

Особый интерес представляет работа, посвященная радоновой аномалии в селе Атаманово Красноярского края ^[17]. Подобных радоновых аномалий на территории России немного: к их числу авторы работы относят аномалии в г. Лермонтов (Ставропольский край), пос. Октябрьский (Читинская область) и пос. Белая Зима (Иркутская область), которые вызваны близостью расположения населенных пунктов к урановым месторождениям. В свою очередь, для аномалии в селе Атаманово характерны экстремально высокие значения объемной активности, которые достигают значений 30 тыс. Бк/м3 и более, выраженное неравномерное поступление радона в зависимости от периода года, а также отсутствие прямых источников радона.

Следует отметить работу В. Ф. Мажарова, Л. Г. Климецкой, С. В. Куркатова ^[18], в которой рассмотрены факторы влияния на радиационную обстановку региона в целом. Среди прочих показателей, таких как содержание урана в породах, слагающих недра местности, наличия разломов земной коры, гидрогеологических особенностей региона, авторы работы отмечают антропогенный фактор, при этом основной вклад в радиационную обстановку местности, за исключением природных источников ионизирующего излучения, вносит ФГУП «Горно-химический комбинат». Свой вклад также оказывает загрязнение почв техногенными радионуклидами, что обусловлено выпадением продуктов ядерных взрывов.

Были проведены исследования по определению радона в воде природных источников ^{[19, 20, 21]}. Актуальность подобных исследований обусловлена непосредственным воздействием радона, растворенным в воде, и, как уже было указано ранее, поступающим в организм в процессе приема воды и пищи, что приводит к внутреннему облучению человека, вызывая многочисленные нарушения и способствуя развитию рака легких. Следует отметить, что перечисленные работы были направлены на выявление содержания и величины концентрации радона в воде подземных источников, что наиболее актуально для небольших населенных пунктов, водозабор в которых осуществляется из скважин, колодцев и каптажных камер.

На территории Красноярского края также проводились подобные исследования. Этому вопросу посвящена работа О. В. Кухтарь, И. В. Тарасова ^[22]. Исследование источников водоснабжения проводились на территории п. Еруда Североенисейского района. Здесь было выявлено превышение гигиенического норматива, установленного на уровне 60 Бк/л ^[9]. Величина удельной активности радона в воде составила 301 Бк/л. В природном парке Ергаки Ермаковского района величина удельной активности не превысила норматив, однако, оказалась близка к критическому значению, и составила, соответственно, 56 Бк/л. Пробы были взяты также в некоторых населенных пунктах Красноярского края, в том числе с. Новобирилюсы, пос. Козулька, г.Ачинск, г.Назарово, г.Минусинск. Здесь величина не превысила норматив и варьировалась от 2 до 36 Бк/л. В рамках исследования были проведены работы по определению средней концентрации радона и на территории г.Красноярска. Было обследовано 11 источников подземных вод, расположенных в разных районах города. Средняя концентрация радона составила 29 Бк/л, в то время как минимальное значение было определено на уровне 2 Бк/л, а максимальное значение достигало 108 Бк/л.

Еще одно исследование, направленное на выявление концентрации радона в воде централизованной системы водоснабжения населенных пунктов Красноярского края, описано в работе ^[23]. Отбор воды производился из водоразборных кранов в 5 точках, еще одна точка отбора – непосредственный отбор пробы с территории водозаборного сооружения, откуда вода поступает в централизованную систему водоснабжения. По результатам эксперимента была выявлена зависимость концентрации радона в воде от расстояния, пройденного водой до места отбора.

Таким образом, потребление воды, содержащей даже небольшие концентрации радона, может являться дополнительным источником облучения. Также необходимо отметить, что подобных работ по-прежнему недостаточно и вопрос требует дальнейшего рассмотрения и исследования.

Еще одним важным фактором облучения населения выступает содержание радона в воздухе помещений. По многочисленным данным, человек проводит в помещениях зданий от 60 до 90% всей жизни, при этом основными источниками поступления радона в воздух выступают эксгаляция, или выделение, радона из грунтов под зданием, а также эманирование строительных материалов. Основной величиной, по которой производят оценку содержания радона в воздухе, является объемная активность радона.

Вопросу содержания радона в воздухе жилых помещений посвящена работа С. А. Кургуза ^[24]. В данной работе выявлена зависимость концентрации радона в воздухе помещений в зависимости от этажности здания. Наибольшие концентрации радона обнаружены в подвальных помещениях и помещениях, расположенных на 1-2 этажах зданий, что, в свою очередь, подтверждает положение, что наибольшая дозовая нагрузка обусловлена выходом радона из почв и грунтов. При этом по мере увеличения этажности концентрация радона падает, однако, отмечаются повышенные концентрации радона на верхних этажах зданий, что связано с неудовлетворительной работой систем принудительной вентиляции.

Исследования по оценке объемной активности радона в воздухе жилых помещений проводились, в том числе, на территории города Владимира ^[25], Казани и Приказанья ^[26], Ростова-на-Дону и его окрестностей ^[27]. В приведенных исследованиях проводились непосредственные измерения объемной активности в помещениях зданий. Полученные значения не превышали установленный норматив, однако необходимо отметить, что концентрация радона в воздухе зависит от множества факторов: содержания радионуклидов в грунтах подстилающего слоя, этажности здания, эффективности систем принудительной и естественной вентиляции, климатических факторов, применяемых строительных материалов при возведении здания. На примере детских дошкольных учреждений Свердловской области ^[28] также были выявлены зависимости накопления радона в воздухе помещений от этажности, конструктивных особенностей зданий, материала ограждающих конструкций, а также типа остекления.

Проводятся исследования по содержанию естественных радионуклидов в составе строительных материалов, применяемых при возведении зданий. В свою очередь концентрация ЕРН характеризуется такой величиной как удельная эффективная активность естественных радионуклидов.

В строительных материалах, содержащих в своем составе природные радионуклиды, постоянно протекает процесс распада радия с образованием радона. Радон, в свою очередь, способен распадаться непосредственно в строительной конструкции, либо эманировать и распадаться уже в воздухе помещений. Выход радона из строительного материала зависит от эманирующей способности ограждающих конструкций, которая определяется рядом факторов, таких как пористость материала, температура, влажность, перепад давлений.

Определению удельной и удельной эффективной активности посвящена работа ^[29]. В работе определялись концентрации естественных радионуклидов в песке, гравии, цементе, а также в пробе бетона, предварительно измельченного. В процессе работы для каждого исследуемого материала также были определены удельная активность, удельная эффективная активность, эманирующая способность и коэффициент эманирования. По результатам исследования была выявлена невозможность прогнозирования процесса эманирования на основе показателей эманирующей способности его отдельных компонентов.

Определению удельной эффективной активности ЕРН различных материалов посвящено исследование ^[30]. В работе были проведены измерения значений удельной эффективной активности извести, гипса, асбеста, асбестоцементных материалов, силикатного кирпича, строительного раствора и портландцемента. По результатам статистической обработки измерений авторами работы отмечается, что для строительного сырья и материалов характерен большой диапазон изменчивости активности ЕРН. Это свидетельствует о возможности управления радиационным качеством строительной продукции путём исключения или сокращения доли высокорадиоактивного сырья в строительных материалах и изделиях.

Вывод

Проводимые исследования на территории нашей страны, а также зарубежный опыт ^{[31, 32, 33]} подтверждают сложившуюся тенденцию к определению показателей процесса эманирования с целью определения радоновой нагрузки на население и возможности снижения облучения населения, вызванного воздействием радона.

Обзор проводимых на территории Красноярского края исследований выявил, что этот регион относится к радоноопасным территориям РФ. В связи с этим были выявлены и рассмотрены следующие проблемы и пути их решения:

1. содержание радона в грунтах под зданием;

2. содержание радона в подземных водоисточниках, а также в системе централизованного водоснабжения;

3. содержание естественных радионуклидов в составе строительных материалов, обуславливающих эманирование радона из строительных конструкций в воздух помещений.

Общим решением снижения дозовой нагрузки от радона, как источника ионизирующего излучения, является повышенный воздухообмен в зданиях, что, однако, приводит, к увеличению потребления энергоресурсов. Таким образом, наиболее рациональным представляется контроль и регулирование такого показателя, как содержание радона, на стадии проектирования зданий и сооружений. Для этого разрабатываются карты радоноопасности территорий, совершенствуется нормативно-законодательная база РФ, а также предлагаются эффективные мероприятия по противорадоновой защите.

Таким образом, накопленный опыт подтверждает актуальность данного вопроса и необходимость проведения подобных исследований в дальнейшем.