Радиоактивность и различные сферы хозяйствования человека: строительная отрасль

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта и связи Украины

Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна

Кафедра Химии и инженерной экологии

Реферат

на тему: Радиоактивность и различные сферы хозяйствования человека: строительная отрасль

Сдала: студентка гр.625

Тимошенко И.О.

Проверила:

Безовская М.С.

Днепропетровск 2010

Введение

Радиационная безопасность является одним из важнейших гигиенических критериев экологической безопасности материала и представлена в медицине в разделе радиационной гигиены человека.

Так как человек большую часть своей жизни проводит в здании, то помимо природного радиоактивного излучения он испытывает и нагрузки от техногенной измененной среды обитания и, в первую очередь, от строительных материалов, которые использованы при строительстве зданий. Наглядно о нагрузках на человека строительных материалов, из которых сделаны стены здания, можно судить по нижеприведенным данным. Например, при проживании в течение года в различных домах человек получает следующие дозы излучения от стен:

* в кирпичном доме - от 50 до 100 мбэр;

* в бетонном доме - от 70 до 100 мбэр;

* в деревянном доме - от 30 до 50 мбэр.

Для сравнения человек за год получает также дозу природного излучения:

* от космических лучей - 45 мбэр;

* от почвы - 15 мбэр;

* от воды, пищи, воздуха - 25 мбэр;

* от рентгеновской диагностики (флюорография) - 370 мбэр;

* при перелете самолетом на расстояние 2 400 км - 1 мбэр;

* ежедневный в течение года 3-часовой просмотр ТВ - 0,5 мбэр*.

Радиационная опасность в строительстве и защита от источников ионизирующих излучений

В настоящее время в строительстве широко применяют радиоактивные вещества. Ионизирующие свойства и проникающая способность радиоактивных изотопов делают возможным их применение для блокировочных устройств, обеспечивающих безопасность при эксплуатации различных строительных машин, для определения плотности, влажности и однородности бетонов и грунтов, для предупреждения накопления зарядов статического электричества. Наконец, радиоактивные изотопы позволяют вести наблюдение за ходом различных реакций, технологических процессов и могут применяться для исследования фильтрации воды в грунтах, что имеет исключительное значение для гидротехнического строительства. В условиях строительной площадки, на предприятиях строительной индустрии и промышленности строительных материалов применяют в основном закрытые источники излучения, когда радиоактивные вещества заключены в оболочку.

Радиоактивные излучения или ионизирующее излучение представляют собой электромагнитное или корпускулярное самопроизвольное излучение альфа- бета- гамма- частиц, нейтронов и рентгеновских лучей. Вредное воздействие возможно путем внешнего облучения и в результате попадания радиоактивных веществ внутрь организма. В первом случае человек подвергается воздействию только в тот период, когда он находится вблизи источников излучения, при попадании же радиоактивных веществ внутрь организма человек подвергается непрерывному облучению в течение длительного времени. Биологическое воздействие радиоактивных излучений зависит от дозы облучения. Санитарные правила работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений определяют предельно допустимые дозы (ПДД) облучения и предельно допустимые концентрации (ПДК) радиоактивного изотопа в единице объема или массы. Предельно допустимая доза облучения устанавливается в зависимости от применяемых источников излучения радиоактивных веществ (гамма- и рентгеновские лучи, протоны и альфа-частицы, тепловые нейтроны и т.д.).

При рассмотрении приведенных выше данных и учитывая, что согласно нормам радиационной безопасности для работающих в контакте с радиоактивными излучениями установлена предельно допустимая доза за год 5 бэр, видно, что перечисленные в примере нагрузки находятся в пределах естественного радиационного фона. Среди зданий по этому показателю благоприятно выделяется деревянный дом.

Превышение фона можно выявить, если просуммировать радиационные нагрузки от использованных в здании материалов с другими перечисленными выше нагрузками. Особую осторожность надо проявлять при выборе строительных материалов минерального состава, избегая использования строительного материала с повышенной радиационной активностью.

Радиоактивность материала может быть связана с его месторождением или получена дополнительно с использованием сырья из каменоломен, карьеров и т.п., расположенных вблизи зон техногенного радиационного загрязнения литосферы. Таким образом, радиационное загрязнение строительных материалов может быть обусловлено не только его происхождением, но и привнесением в него из окружающей среды радиоактивных веществ-загрязнителей. В каждом случае это отрицательное свойство можно диагностировать по химическому составу материала. Например, следует избегать применения строительных материалов, содержащих тяжелые металлы и др. Поэтому уже при проектировании нужно знать характеристики радиационной опасности материала и при выборе строительных материалов стараться избегать использование СМ с высокими показателями радиационной активности, в первую очередь для жилых и общественных зданий.

Рост требований к экологически безопасному строительству связан не просто с созданием комфортной среды проживания в доме, но и с обеспечением полной безопасности жилища для здоровья человека. Установление класса материала по радиационной безопасности в настоящее время сводится только к определению эффективной удельной активности естественных радионуклидов (ЕРН). Однако ЕРН не в полной мере характеризует, например, опасность радоновыделения. Материалы, относящиеся к безопасным по ЕРН, могут оказаться крайне опасными по радону за счет его высокой эмалирующей способности.

Для полной экологической оценки строительных материалов по показателю их радиационной безопасности следует знать и понимать физическую сущность явления радиоактивности.

Радиация - поток корпускулярной (альфа-, бета-, гамма-лучей, поток нейтронов) и/или электромагнитной энергии, исходящей от материала, совершенно безопасной для человека, если она находится в пределах естественного природного радиационного фона.

На человеческий организм могут воздействовать одновременно несколько источников облучения:

* естественный радиационный фон - космические лучи и естественные радионуклиды (ЕРН), содержащиеся в горных породах и почве. Их принято считать источниками внешнего облучения. Вещества, содержащие 40К 14С 220Rn, 222Rn, 210Po, 226Ra, 228Ra, 230Th,232Th, которые поступают в организм с пищей, водой и воздухом, являются источниками внутреннего облучения;

* техногенно-измененный радиационный фон от ЕРН обусловлен, в основном, строительными материалами и минеральными удобрениями, содержащими повышенное количество ЕРН;

* глобальные выпадения радиоактивных веществ при испытании ядерного оружия, авариях на АЭС и т.п.;

* облучение в медицинских целях;

* газоаэрозольные и жидкие сбросы ядерного топливного цикла (АТЦ) и т.д. Облучение от естественных источников ионизирующего излучения в зависимости от местных условий, в среднем, составляет 200 мбэр. Средняя доза естественного излучения (фоновое облучение за год) в различных местах колеблется и, например, для Москвы составляет 100-120 мбэр, г. Нью-Йорка - 100 мбэр, г. Парижа - 120 мбэр, Штата Керала, Индия - 400 мбэр.

Строительные материалы как источник излучения

Большинство строительных материалов непосредственно являются природными компонентами экосистемы и поэтому имеют свои специфические радиационные свойства. Например, все строительные материалы минерального состава содержат в различном количестве химические элементы**, изотопы которых радиоактивны. Наиболее опасными в этом отношении могут быть строительные материалы из природного камня и материалы на основе минеральных вяжущих. Кроме того, необходимо знать, что для одного и того же вида материала показатели по радиоактивности могут отличаться в зависимости от местоположения месторождения, поэтому возможен некоторый разброс данных от средних фоновых значений. Радиационную активность СМ можно прогнозировать по их химическому составу и содержанию в них называемых элементов тяжелых металлов, изотопы которых наиболее радиационно-активны. Составить представление о сравнительной радиационной опасности некоторых строительных материалов из природного камня, которые в последние годы особо популярны и широко используются при новом строительстве и реконструкции старого жилья, можно по сопоставлению данных об их радиационной активности, приведенной в табл. 1.-3***.

Радиоактивность всех горных пород обусловлена присутствием в них долгоживущих (т.е. имеющих очень большие периоды полураспада) радионуклидов, принадлежащих семействам урана - 238, тория - 232 и калия - 40. Среднее содержание (кларки) в земной коре этих радионуклидов составляет: 238U - 2,1*10-4%, 232Th - 7,0*10-4%, 40К - 1,8%.

Таблица 1. ? Средние концентрации радиоактивных элементов в магматических породах

Таблица 2. ? Средние концентрации радиоактивных элементов в метаморфических породах

Таблица 3. ? Концентрация калия, урана и тория в осадочных породах

С введением «Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов» и Санитарных Правил «По ограничению облучения населения г. Москвы от природных источников ионизирующих излучений в строительных материалах» №18 от 11.03.1999 г. обязательно проводятся исследования образцов строительных материалов на удельную эффективную активность естественных радионуклидов Радия-226, Тория-232 и Калия-40. Критерием оценки является удельная эффективная активность (Аэфф.), по которой устанавливается принадлежность материала к 1, 2 или 3 классу и определяются возможные области его использования. Эти характеристики указываются в гигиенических сертификатах на строительные материалы.

В последние годы наметилась положительная тенденции к указанию радиационной активности в технической документации на строительные материалы камнедобывающей и обрабатывающей отраслей. Так, например, для строительных материалов из гранита**** - следов, окантованных облицовочных плит, изделий малых архитектурных форм из карельского гранита в техническую информацию на материал, наряду с эксплуатационно-техническими показателями - плотностью, водопоглощением, истираемостью, морозостойкостью, пределом прочности при сжатии, - включен показатель радиоактивности. Для торговых марок месторождений гранита «кашина гора», «винга», «сюскюянсаари», «габбро», «мансуровское», «амфиболит», «сибирское», «граносиенит», «немецкая гора» величина радиоактивности не превышает 200 единиц, «возрождение» - до 180, «колгувара» - до 165, «сопка бунтина» - до 300.

Привозные каменные материалы из других стран также маркируются, например, для мрамора «Индиан Грин» - А эфф. = 11,5Бк/кг (индийское месторождение); гранита «Жиоро Венец» - А эфф.= 146,6 Бк/кг (бразильское месторождение).

Естественно, что при выборе камня с повышенным фоном радиации радиационный фон будет повышаться и в доме. В этом случае необходимо подсчитать суммарный уровень радиационного фона от всех возможных источников и не допускать, чтобы сумма нагрузок превысила показатель природного фона.

Наиболее системно информация о радиационной активности материалов представлена в монографии Пархоменко В.И. В табл. 4 для предварительной оценки радиационных свойств материалов приведен радиевый эквивалент для основных из них (пКи/г), полученный при исследовании образцов из разных регионов страны*****.

Таблица 4. ? Радиевый эквивалент ряда минеральных материалов и строительных материалов на их основе (по данным Пархоменко В.И.)

В таблице приведены данные по концентрации следующих изотопов: 40К, 226Ra, 232Th (данные представлены по результатам исследования более чем 2 500 образцов строительных материалов).

Для строительных работ радиационная безопасность регламентируется для щебня, гравия из плотных горных пород и песка (табл. 5), в котором устанавливаются требования для этапа производства из них строительных материалов на основе минеральных вяжущих - бетона, строительного раствора в соответствии с областями их применения.

Таблица 5. ? Радиационно-гигиеническая оценка и требования к материалам по ГОСТ при их производстве

Следует соблюдать осторожность при выборе новой строительной продукции, так как специальных требований к этим материалам еще нет. Например, сегодня не предъявлены требования к многочисленным вариантам сухих смесей для штукатурных и других подготовительных работ под окончательную отделку фасадных поверхностей и поверхностей внутри помещений, несмотря на то, что для их изготовления практически всегда применяют песок (в документации на продукт нет характеристик радиоактивности материала).

В такой ситуации при выборе материалов, пока не будет регламентирована радиационная безопасность при их производстве, целесообразен оперативный контроль радиационных свойств практически всех перечисленных в табл. 3.20 материалов и, в первую очередь, материалов, полученных с использование отходов - шлаков, золы, фосфогипса и др.

Выбор строительных материалов согласно условиям их эксплуатации

Важным свойством строительных материалов является их различная способность гасить внешнее излучение и поглощать радиоактивные загрязнители из окружающей среды. Материал (здание) защищает человека от вредных внешних излучений. Различные типы зданий и сооружений по-разному обеспечивают радиационную безопасность человека в помещениях из-за способности строительных материалов ослаблять гамма-излучение, проходящее через стены, пол и т.д., т.е. извне. Характеристики ослабления для различных материалов и веществ приведены в табл. 6.

Таблица 6. ? Слой половинного ослабления гамма-излучения различными материалами и веществами

Важность экологической оценки строительных материалов по показателю ослабления ими гамма-излучения связана с проблемами радиационного загрязнения отдельных территорий в городе и, следовательно, возможным повышением радиационного фона на площадках нового строительства и реконструируемых зданий.

Анализу экологической ситуации в городе по радиационному загрязнению уделяется особое внимание городскими службами мониторинга, и ежегодно она отражается в государственных экологических докладах. Эта информация в виде географических информационных систем, например, в виде экологических карт, открыта для использования. Воспользовавшись этими картами, легко определить условия, в которых будет эксплуатироваться строительный материал. Так, считаются зонами риска территории вблизи объектов городской инфраструктуры: ВНИИНИ, ИАЭ, ИТЭФ, ТЭЦ-22, МИФИ, места складирования слабоактивных материалов и грунта, свалки бытовых отходов и мусора (в том числе несанкционированные), не дезактивированные участки радиоактивного загрязнения и другие, требующие повышенного внимания и контроля. Таким образом, для различных территорий города появляются риски отклонения радиационного фона от естественного уровня земной коры. В этом случае речь пойдет о рациональном выборе конструкционных материалов специального назначения (гидроизоляционных, герметизирующих и др.) с учетом их важного свойства - создания защитного барьера от внешнего воздействия радиоактивных и других видов загрязнителей.

К особо значимому природному радиоактивному загрязнению последнее время отнесено загрязнение помещений радоном. Радон сам по себе не опасен. Это инертный газ, который в восемь раз тяжелее воздуха. Но продукты распада радона - твердые радиоактивные частички с электростатическим зарядом. Они-то и проникают в легкие и вызывают заболевание.

При проектировании новых зданий жилищного и социально-бытового назначения должно быть предусмотрено, чтобы среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность радона в воздухе помещений не превышала 100 Бк/м3. В построенных зданиях она не должна превышать 200 Бк/м3. В тех случаях, когда проведенные защитные мероприятия не привели к снижению содержания радона в воздухе помещений до значения менее 400 Бк/м3, решается вопрос о переселении жильцов (с их согласия).

При проектировании и при проведении строительных работ на строительных участках большое внимание необходимо уделить выбору строительных материалов для защиты помещений от проникновения радона.

При проектировании следует учитывать, что здания с подвалом обладают большей защищенностью от проникновения радона, чем здания без подвала, т.к. значительная часть радона в этих случаях скапливается в подвале, а не в приземных помещениях. Это особенно важно учитывать при реконструкции и реставрации, так как в процессе эксплуатации защитные свойства материалов утрачиваются за счет их деструкции. В данной ситуации материаловедческие вопросы правильного выбора строительного материала приобретают направленность обязательного их согласования с инженерными вопросами, в частности, должны быть приняты специальные решения по системе вентиляции. Для того, чтобы обеспечить комфортное проживание человека в подобных случаях, необходима специальная вентиляция в доме, т.к. обычная вентиляция разгоняет в комнате радиоактивные частички пыли так, что те, благодаря своим электростатическим свойствам, оседают на отделочных материалах стен и потолка. Они могут не столь активно атаковать наши легкие, но их скопление на поверхности по радиоактивным показателям становится опасным. Если в дополнение к вентилятору в комнате работает генератор ионов - положительных или отрицательных - происходит их соединение с радиоактивными частицами и еще более активное оседание тех на поверхность стен. В этом случае содержание опасных частиц в воздухе снижается на 80-90%, но происходит загрязнение поверхностного слоя материала в интерьере.

Для защиты помещений от газа радона, выделяющегося из земли и, как правило, скапливающегося в подвале, необходимо выбирать материалы и напольную систему менее пористые и более непроницаемые для воды и даже для газа.

Таблица 7. ? Коэффициент ослабления гамма-излучения различными зданиями и сооружениями

Во всех случаях выбор материала нужно осуществлять с учетом представленных в табл. 6 данных - о толщине слоя для половинного ослабления гамма-излучения, и данных табл. 7 - о коэффициенте ослабления гамма-излучений и средних значениях коэффициентов ослабления дозы радиации (Косл) различными зданиями и сооружениям, укрытиями и транспортными средствами, а также данных табл. 8 - средних значениях коэффициентов ослабления дозы радиации (Косл) укрытиями и транспортными средствами.

Таблица 8. ? Средние значения коэффициентов ослабления дозы радиации (Косл ******) укрытиями и транспортными средствами

Особенности оценки радиационной безопасности строительных материалов, эксплуатируемых на территориях с повышенным радиационным фоном

радиационный строительство защита излучение

Для урбанизированных территорий (антропогенно-измененных) при некорректном выборе конструкционных и отделочных строительных материалов может произойти значительное увеличение радиационного фона в помещениях за счет загрязнения материала при эксплуатации, что вредно для здоровья человека. Радиационная безопасность эксплуатируемых строительных материалов в этом случае обусловлена уже не только их происхождением, химическим составом, но и привнесенными из окружающей среды радиоактивными веществами-загрязнителями - радиоактивными частичками пыли, адсорбируемыми пористой, шероховатой поверхностью материала под действием следующих факторов:

* природных - выделение радона, рельеф местности, проветриваемость территории;

* техногенных - опасные объекты, места складирования слаборадиоактивных материалов и грунта, планировочные решения (плотность застройки и т.п.). В этом случае сравнительную оценку строительных материалов по радиационному загрязнению можно провести по их химическому составу с использованием данных по характеристикам некоторых важнейших радиоактивных изотопов для химических элементов, входящих в их состав. Для быстрого анализа можно использовать данные табл. Приложения III. З. Материалы, не содержащие в своем составе тяжелых элементов, при эксплуатации можно считать неопасными для дальнейшей эксплуатации. В случае обнаружения при контроле отклонений от фонового значения в проектной документации следует предусматривать выбор материалов для их снижения.

Таким образом, архитектор, строитель, инженер уже на стадии разработки проекта должны особое внимание при выборе материалов посветить всем перечисленным особенностям и свойствам и, наряду с другими требованиями, уделить больше внимания вопросам радиационной безопасности и радиоактивного загрязнения строительных материалов, так как это - одна из важных составляющих требований по экологической безопасности человека и его комфортного проживания в доме на современном этапе развития цивилизации.

Примечание. Из-за отсутствия в научно-технической литературе единой системы единиц, многообразия новых для архитектора терминов в Приложении III этой главы приводится (по справочным данным) информация, которая может быть полезна при обработке результатов оценки экологической безопасности выбранных строительных материалов по показателям их радиационной активности и классу безопасности. В Приложениях приведены данные по системе единиц, значения терминов, определения и справочные характеристики.

Литература

1. http://www.ecologi.com

Размещено на Allbest.ru