Оценка радоноопасности помещений СУНЦ МГУ – школы-интерната имени А.Н. Колмогорова

Размещено на http://www.allbest.ru/

Специализированный учебно-научный центр (факультет) - школа-интернат имени А.Н. Колмогорова Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Курсовая работа

Оценка радоноопасности помещений СУНЦ МГУ - школы-интерната имени А.Н. Колмогорова

Выполнил: Петров А.В., ученик 10 класса

Руководитель: Ст.преп. факультета почвоведения

МГУ имени М.В. Ломоносова, к.б.н. Манахов Д.В.

Москва 2014

Содержание

Введение

Радон: общие сведения и основные понятия

Методы измерения объемной активности радона и его ДПР

Противорадоновые мероприятия

Результаты оценки эквивалентной равновесной объемной активности радона и торона в помещениях СУНЦ МГУ

Литература

Введение

Явление радиоактивности открыто ещё в конце XIX века. С тех пор человечество сделало в своём развитии огромный шаг вперёд. Но платой за научный и технический прогресс стало сегодня большое количество искусственных радионуклидов, которые являются побочным продуктом деятельности современной цивилизации. Однако, в окружающей человека среде присутствуют и радиоактивные элементы природного происхождения, среди них газ радон.

Известно, что вклад радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) в эффективную дозу облучения населения значительно превышает вклад профессионального облучения (0,006 мЗв/год), испытаний ядерного оружия (0,02 мЗв/год), атомной энергетики (0,008 мЗв/год) и лишь немного уступает рентгенодиагностике (1,65 мЗв/год).

В 1977 г. Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР) определил радон как основной природный источник радиационной опасности для населения. Таким образом, снижение воздействия радона и его ДПР является одним из наиболее эффективных путей ограничения облучения людей и, соответственно, одной из приоритетных задач радиационной безопасности.

Считается, что в странах с умеренным и холодным климатом человек проводит в помещении в среднем 80% времени, неизбежно подвергаясь при этом более сильному воздействию изотопов радона, чем вне здания. Поэтому контроль радоновой безопасности жилищ и других помещений является исключительно важным мероприятием, необходимым для обеспечения радиационной безопасности населения (Касьяненко и др., 2004).

В связи с этим, целью нашей работы является оценка радоноопасности помещений СУНЦ МГУ - школы-интерната имени А.Н.Колмогорова

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Провести отбор проб воздуха в помещениях школы.

2. Провести измерение объемных активностей радона (²²²Rn) и торона (²²⁰Rn) в отобранных пробах.

3. Рассчитать среднегодовое значение эквивалентной равновесной объемной активности радона и торона и оценить его верхнюю границу в соответствии с нормами радиационной безопасности.

Радон, общие сведения и основные понятия

радиационный безопасность радон торон

Радон - одноатомный газ без цвета и запаха, является самым тяжёлым из инертных газов (в 7,5 раз тяжелее воздуха). Имеются 4 природных изотопа радона: ²²²Rn, ²²⁰Rn, ²¹⁹Rn и ²¹⁸Rn (все б_излучатели). Основной изотоп радона, ²²²Rn, является дочерним продуктом распада ²²⁶Ra, члена природного ряда ²³⁸U.

Объёмная активность ²²²Rn в приземном слое атмосферного воздуха над сушей в разных регионах варьируется в основном в пределах от 1 до 10 Бк/м³ (в среднем 3,7 Бк/м³), но известны территории, где она может достигать 100 и более Бк/м³.

Изотопы радона поступают в атмосферу главным образом из почвы. В приземном слое атмосферы концентрация изотопов радона определяется величиной его эксхаляции из почвы (грунта) и атмосферным разбавлением (Касьяненко и др., 2004).

Эксхаляцией (или скоростью эксхаляции) радона называется плотность его потока из почвы (грунта) в атмосферу, которая выражается активностью радона, поступающего с единицы поверхности почвы (грунта) в единицу времени [Бк/(м² ? с)].

Скорость эксхаляции ²²²Rn из почв и земных пород лежит в основном в пределах от 1 до 70 мБк/(м² ? с).

Эксхаляция из почвы и объёмная активность ²²²Rn в атмосферном воздухе подвержены существенным суточным и сезонным колебаниям. Эксхаляция существенно зависит от метеорологических условий: увеличивается при повышении температуры, при солнечной погоде, ветре и пониженном давлении и уменьшается при промерзании почвы, выпадении дождя и наличии снежного покрова.

Объёмная активность ²²²Rn в подпочвенном воздухе лежит чаще всего в пределах от 2 000 до 50 000 Бк/м³, хотя встречаются регионы и с более высоким уровнем - до 1 млн. Бк/м³ и выше. Таким образом, объёмная активность ²²²Rn в подпочвенном воздухе превышает содержание ²²²Rn в приземном слое атмосферы в среднем в 10³_10⁴ раз.

Выделение изотопов Rn в воздух или в другую среду из твёрдых веществ, содержащих изотопы радия, называется эманированием.

Эманирующая способность вещества определяется количеством изотопов радона, выделившихся из единицы массы вещества. Отношение числа атомов изотопов радона, выделившихся во внешнее пространство, ко всему образовавшемуся числу атомов изотопов радона в веществе за этот же промежуток времени называется коэффициентом эманирования (выражается в процентах или десятичной дробью) (Касьяненко и др., 2004).

Высокие объёмные активности ²²²Rn обнаружены в воздухе подземных рудников, особенно тех, где имеются радиоактивные горные породы. В шахтах, где добывается радиоактивная руда, содержание Rn в воздухе при отсутствии вентиляции может достигать 1 млн. Бк/м³ и выше.

Объёмная активность ²²²Rn в природных водах колеблется в широком диапазоне и составляет в среднем 370 Бк/м³ для речной и озёрной воды, 1100 Бк/м ³ для морской воды, 3 700-370 000 Бк/м³ для грунтовых вод (Сапожников и др., 2006).

Содержание радона в водопроводной воде обычно составляет несколько тысяч Бк/м³, если только в системе водоснабжения не используется вода из артезианских скважин, имеющая содержание радона, до нескольких миллионов Бк/м³. По оценке Научного комитета по действию атомной радиации (НКДАР) ООН, от 1 до 10% населения Земли потребляют воду с объёмной активностью радона порядка 100 000 Бк/м³ и выше.

Большинство исследователей считают, что основными источниками ²²²Rn в воздухе помещений является поступление его из почвы под зданием (что составляет 90% от содержания радона в помещениях, расположенных на первых этажах) и из строительных материалов (10%). В связи с этим, в многоэтажных домах наибольшее содержание радона отмечается чаще всего в подвалах и помещениях первого этажа.

Объёмная активность ²²²Rn в воздухе помещений обычно в 4-6, а в подвальном воздухе - в 8-25 раз выше, чем в атмосферном воздухе. В среднем объёмная активность ²²²Rn в воздухе помещений составляет 20-60 Бк/м³. Известно, что в некоторых регионах (например, в Швеции, а на территории России - в Алтайском и Ставропольском краях, Читинской, Иркутской и Свердловской областях) этот показатель достигает нескольких тысяч или даже десятков тысяч Бк/м³. В Московской области средняя объёмная активность радона на первых этажах жилых зданий (городское население) составляет 36 Бк/м³; в Алтайском крае (сельское и городское население) - около 200 Бк/м³.

Наибольшие уровни радона отмечаются в одноэтажных домах сельского типа, расположенных прямо на земле, с земляными подвалами или подпольными пространствами. К повышению концентрации радона приводит отсутствие вентиляции и тщательная герметизация помещений с целью утепления, что особенно характерно для регионов с холодным климатом (Касьяненко и др., 2004).

Исследования показывают, что среди строительных материалов наибольшую опасность в отношении выделения радона представляют горные породы вулканического происхождения, включая гранит, пемзу (применяется в качестве заполнителя бетона), туф, а наименьшую - дерево, известняк, мрамор, природный гипс (Сапожников и др., 2006).

Воды с высоким содержанием радона (в виде радоновых ванн, ингаляций и питья) используют в лечебных целях при различных, преимущественно хронических, заболеваниях кожи, органов дыхания и пищеварения. Для приёма радоновых ванн обычно применяют радоновые воды с содержанием радона 1,5-3 МБк/м³ (продолжительность процедуры 5-20 мин) (Касьяненко и др., 2004).

По мнению учёных, биологическое действие изотопов радона и его короткоживущих ДПР обусловлено возникающим при их распаде ионизирующим излучением - в первую очередь б-излучением, биологическая эффективность которого в 20 раз выше, чем у г- и в_излучений.

Основным последствием хронического воздействия изотопов радона и их ДПР на организм человека и животных является рак лёгких (Сапожников и др., 2006).

Методы измерения объемной активности радона и его ДПР

Методы измерения объёмной активности радона и его ДПР в воздухе подразделяются на мгновенные (кратковременные, экспрессные), интегральные (экспозиция длительностью до нескольких месяцев) и квазиинтегральные (Касьяненко, Платонов, 1997).

I. Мгновенные методы. Время измерения (включая время пробоотбора) с помощью мгновенных методов измерения объёмной активности изотопов радона и их ДПР варьирует от нескольких минут до нескольких часов.

1) Радиометры радона. В России широко применяются радиометры радона - РРА-01М- 01, РРА-01М-03 и их модификации (АО «МТМ-Защита», Москва).

2) Радиометры аэрозолей. В нашей стране активно используется радиометр «Рамон-01» (ТОО «Соло», г. Алматы, Казахстан). Однако в отношении ЭРОА торона мгновенные методы являются единственно возможными, поскольку нет иного способа оценки среднегодовых значений ЭРОА торона, кроме как многократного проведения мгновенных замеров (Касьяненко, Платонов, 1997).

II. Интегральные методы. С помощью интегральных методов определяется среднее значение объёмной активности ²²²Ra в воздухе за продолжительный промежуток времени (от одних суток до нескольких месяцев), в течение которого более или менее полно сглаживаются её кратковременные флуктуации.

1. Трековые детекторы. В России производится следующее оборудование для интегральных измерений объёмной активности ²²²Ra, основанное на использовании трековых нитроцеллюлозных детекторов:

- трековый комплекс «ТРЕК-РЭИ-1» (АО «Радиационные и экологические исследования», Москва), базовый комплект которого включает 100 пробоотборных камер, расходные материалы на 500 измерений, травильное устройство и искровой счётчик треков;

- трековый комплекс «КСИРА 2010Z» (АО «Аквилон», СПб) с автоматизацией обработки, 500 детекторами и расходными материалами на 5000 измерений.

Оборудование на основе трековых детекторов может широко применяться в массовых обследованиях помещений.

2. Электретные детекторы. Электретные детекторы стали использоваться для измерения объёмной активности радона относительно недавно.

Наиболее известным оборудованием на основе электретных детекторов радона является E-PERM (Rad. Elec. Inc., США;), а в России - ИАР-01Э (АО «НМТК», СПб) (Касьяненко, Платонов, 1997).

III. Квазиинтегральный метод. Данный метод основан на способности активированного угля сорбировать радон из атмосферы и последующем измерении на гамма-спектрометре количества сорбированного радона по г-излучению его короткоживущих ДПР - ²¹⁴Pb (242 кэВ, 295 кэВ, 352 кэВ) и ²¹⁴Bi (609 кэВ). Метод считается квазиинтегральным, а не истинно интегральным, так как имеет место не только сорбция радона на поверхность сорбента, но и его десорбция с этой поверхности.

В России комплект оборудования на основе угольных адсорберов РАА-3-01 «Альфа АЭРО» выпускает НТЦ «НИТОН» (Москва).

В данном случае в своей работе мы будем использовать метод мгновенных измерений (Касьяненко, Платонов, 1997).

Противорадоновые мероприятия

Считается, что основным принципом противорадоновой защиты является предотвращение поступления радона в помещения. Превентивные меры легче, дешевле и эффективнее осуществлять на стадиях проектирования и строительства, чем на стадии эксплуатации. К основным мероприятиям по профилактике радонового загрязнения зданий традиционно относятся следующие:

1. Выбор под застройку участка с низкой плотностью потока радона из грунта.

2. Применение строительных конструкций, препятствующих проникновению радона из грунтового основания в здание:

- реконструкция грунтового основания - замена существующего верхнего слоя грунтового основания с высокой газопроницаемостью на слой с низкой газопроницаемостью (например, на слой уплотнённой глины);

- установка барьера - монолитной железобетонной трещиностойкой фундаментной плиты, на которую опираются фундаментные стены и которая служит полом подвала здания;

- устройство под фундаментной плитой коллектора радона в виде слоя крупнозернистой, свободно проводящей газ подсыпки (промытого гравия или щебня из твёрдых горных пород) и системы труб, служащих для отвода радона в атмосферу;

- депрессия грунтового основания - создание в грунтовом основании зоны пониженного давления путём дополнения коллектора радона вытяжной вентиляционной системой;

- применение радоноизолирующих мембран для оклейки поверхности подвальных помещений и внешней поверхности фундаментных стен;

- нанесение жидких покрытий (например, мастики и поверх неё краски) на поверхность ограждающих конструкций подвальных помещений для заполнения трещин; покрытие служит также для выравнивания поверхности перед приклейкой мембраны и как клеящий слой для мембраны;

- применение пропиток на цементной, битумной или полимерной основах для обработки грунта в неэксплуатируемых подпольях зданий с небольшим заглублением;

- герметизация (уплотнение) щелей, швов, стыков и коммуникационных проёмов (для последних с помощью нетвердеющих или упругих материалов) в ограждающих конструкциях.

3. Удаление радона из здания путём вентилирования помещений (при этом не допускается, чтобы давление в помещениях стало ниже, чем в подполье; оптимальной является хорошо сбалансированная система приточно-вытяжной вентиляции) (Касьяненко и др., 2004).

Результаты оценки эквивалентной равновесной объемной активности радона и торона в помещениях СУНЦ МГУ

Сама работа по проведению оценки радоноопасности жилых и учебных помещений СУНЦ МГУ проходила в несколько этапов:

1. Отбор проб воздуха.

2. Измерение объёмных активностей радона и торона в пробах с помощью радиометра радона.

3. Расчет ЭРОА радона и торона в воздухе.

4. Анализ полученных результатов.

Первый этап: отбор проб.

Отбор проб воздуха осуществлялся с различных этажей трех корпусов СУНЦ МГУ (в том числе и подвала). Он проводился на расстоянии около метра от пола и около двух метров от стен помещения. Для его проведения было использовано пробоотборное устройство (ПОУ), работающее как насос (Рис. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Схема отбора проб воздуха (1 - ПОУ; 2 - воздушный пробоотборник)

Для закачивания воздуха в емкость необходимо соединить выход ПОУ с входом емкости для воздуха, включить ПОУ, поставить таймер на пять минут и, по истечении времени, отсоединить ПОУ от емкости. При объеме пробоотборника 1,05 л. мощности насоса ПОУ достаточно, чтобы полностью заменить воздух в пробоотборнике отбираемым воздухом за пять минут.

Второй этап: анализ проб радиометром радона.

Для того чтобы оценить количество радона в воздухе исследуемых помещений, мы воспользовались радиометром радона РРА-01М-03, для чего соединили вход радиометра радона с выходом емкости с воздухом. Воздух из емкости перемешивается с воздухом внутри радиометра (Рис. 2).

Газообразные ²²²Rn и ²²⁰Rn (торон) распадаются до ²¹⁸Po и ²¹⁶Po соответственно, которые под действием электростатических сил осаждаются на поверхность полупроводникового детектора. Изотопы полония в короткие сроки распадаются. Детектор регистрирует испускаемые ими при распаде альфа-частицы, по количеству которых можно судить об активности радона в измеряемом воздухе. Так как энергия излучения у ²¹⁸Po и ²¹⁶Po разная, детектор регистрирует количества их распадов отдельно.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2 Схема перевода пробы в радиометр (1 - ПОУ; 2 - РРА; 3 - воздушный пробоотборник)

Измерение объемной активности радона (ОАР) и числа распадов торона проводили в пятикратной повторности. Объемную активность радона рассчитывали по формуле:

где Q - средняя ОАР в смеси пробы и фонового воздуха, Бк/м³;

Q_ф - средняя ОАР в фоновом воздухе, Бк/м³;

V₂ - объем измерительной камеры радиометра, л; V₂=1,6 л;

V₁ - объем пробы в пробоотборнике, V₁=1,05 л;

t - время, прошедшее от окончания отбора пробы воздуха до начала измерений, мин., t= t₂ - t₁;

л - постоянная распада ²²²Rn, 1/мин, л =1,26•10^-4 1/мин.

Объемную активность торона рассчитывали по соотношению распадов радона и торона.

Третий этап: расчет ЭРОА радона.

Для расчета верхней границы эквивалентной равновесной объемной активности объемной активности радона и торона (ЭРОА_Rn,Tn) мы воспользовались следующей формулой:

,

где K(t,h,V) -- коэффициент вариации во времени значения ЭРОА_Rn,Tn (в соответствии с МУ 2.6.1.2838-11 мы использовали для зимнего периода значение коэффициента равное 1);

ЭРОА_Rn и ЭРОА_Tn - эквивалентные равновесные объемные активности радона и торона соответственно, ЭРОА=F•ОА (в соответствии с МУ 2.6.1.2838-11 мы использовали значение коэффициента F равное 0,5);

Д_Rn и Д_Tn --погрешности определения ЭРОА_Rn и ЭРОА_Tn в воздухе соответственно, значения которых согласно Методике экспрессного измерения… (2004) составляет 30 и 40% от ЭРОА_Rn и ЭРОА_Tn при ОАР >150 и <150 Бк/м³ соответственно.

В ходе проведённого исследования были получены следующие результаты, представленные нами в таблицах 1 и 2.

Четвертый этап: анализ полученных результатов.

Радиоактивный газ радон поднимается вверх вместе с почвенным воздухом, а каждое перекрытие и стены являются препятствием для этого. Следовательно, больше всего радона должно быть в подвалах и первых этажах зданий. В зданиях СУНЦ МГУ мы видим несколько иную картину. В основном ЭРОА радона и торона постепенно увеличивается в порядке возрастания этажей. В учебном корпусе ЭРОА радона и торона больше всего в помещениях подвала, второго и четвертого этажей. Высокое значение ЭРОА в воздухе подвала не вызывает удивления. На втором и четвертом этажах расположены учебные кабинеты. Здесь повышенная ЭРОА радона и торона в воздухе может быть обусловлена различными причинами.

Таблица 1

Результаты измерения объемной активности радона и торона (средние значения по результатам пяти измерений)

Таблица 2

Эквивалентная равновесная объемная активность радона и торона в исследуемых помещениях

Одной из них может быть поступление радона и торона из строительных материалов, которые были использованы при строительстве и отделке обследуемых помещений. Кроме того, важную роль в накоплении в воздухе помещений радона и, в меньшей степени, торона, может играть режим проветривания. Также было выявлено наличие в специализированных учебных кабинетах старого оборудования, при производстве которого могли использоваться светящиеся в темноте радийсодержащие краски, например, для маркирования выключателей.

Тем не менее, все полученные значения ЭРОА радона и торона в воздухе помещений учебного корпуса не превышают установленную для эксплуатируемых зданий жилищного и общественного назначения норму, составляющую 200 Бк/м³ (СанПиН 2.6.1.2523-09).

В жилом корпусе Б наблюдается сходная картина. ЭРОА радона и торона максимальна в подвале, на втором и четвертом этажах. Но на втором и четвертом этажах в момент отбора проб воздуха проходил ремонт, и здесь складировались строительные материалы. Это могло повлиять на количество радона и торона в воздухе, поскольку некоторые стройматериалы могут выделять изотопы радона в воздух. На четвертом этаже по результатам первого измерения было выявлено превышение ЭРОА радона и торона в два с половиной раза выше нормы. Однако после повторного взятия пробы содержание радона в воздухе резко упало. Возможно, это связано с уменьшением количества стройматериалов, складируемых на этаже (Рис. 3).

Рис. 3 Динамика ЭРОАRn,Tn в воздухе помещений 4-го этажа жилого корпуса Б

Также по результатам измерений была выявлена высокая ЭРОА радона и торона в подвале жилого Б корпуса (верхняя граница ЭРОА_Rn,Tn составляет 260 Бк/м³), что превышает установленную норму в 200 Бк/м³, но допускается в подвальных помещениях. Возможно, и там находились какие-то излучающие радон предметы, например, материалы со стройки.

Подвал жилого корпуса А объединен с подвалом жилого корпуса Б и характеризуется такими же высокими значениями ЭРОА радона и торона. Относительно высокие значения ЭРОА радона и торона зафиксированы также на третьем и четвертом этажах жилого корпуса А. Там повышенная ЭРОА радона и торона обусловлена плохим режимом проветривания и, возможно, недавним ремонтом.

Выводы

1. Помещения всех трех корпусов СУНЦ МГУ в основном соответствуют установленным нормам радиационной безопасности по содержанию радона и торона.

2. Повышенное содержание радона зафиксировано в объединенном подвале жилых корпусов А и Б, что допустимо для подвальных помещений.

3. На 4 этаже жилого корпуса Б по результатам первого измерения было обнаружено превышение нормы ЭРОА радона и торона. Оно связано с хранением строительных материалов, поэтому при последующих измерениях уже не обнаруживалось. Однако, лучше не складировать стройматериалы на этажах, особенно там, где находятся жилые помещения.

4. Так как проводились разовые измерения объемных активностей радона и торона, делать вывод о полном несоответствии указанных помещений нормам радиационной безопасности преждевременно. Следует провести дополнительные более детальные исследования, по результатам которых будет возможно принять решение о необходимости проведения противорадоновых мероприятий.

5. Несмотря на соответствие нормам радиационной безопасности в целом, необходимо улучшить режим вентиляции жилых и учебных помещений. Возможно, следует проверить систему вентиляции помещений на втором и четвертом этажах учебного корпуса, на втором и четвёртом этажах жилого корпуса Б и на третьем и четвертом этажах жилого корпуса А. Кроме того, можно увеличить частоту и продолжительность проветривания помещений.

Литература

1. Касьяненко А.А., Герман О.А., Ахмедзянов В.Р., Платонов А.Г. Радон и его дочерние продукты распада: Практикум по курсу «Радиоэкология». М.: Изд-во РУДН, 2004. 128 с.

2. Касьяненко А.А., Платонов А.Г. Лабораторный практикум по курсу «Радиоэкология». Ч. I. М.: Изд-во РУДН, 1997. 64 с.

3. Методика экспрессного измерения объемной активности ²²²Rn в воздухе с помощью радиометра радона типа РРА. Москва, 2004.

4. МУ 2.6.1.2838-11. Радиационный контроль и санитарно-эпидемиологическая оценка жилых, общественных и производственных зданий и сооружений после окончания их строительства, капитального ремонта, реконструкции по показателям радиационной безопасности. 2011.

5. СанПиН 2.6.1.2523-09. «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)». Утверждены постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 07 июля 2009 г. № 47.

6. Сапожников Ю.А., Алиев Р.А., Калмыков С.Н. Радиоактивность окружающей среды: Теория и практика. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006. 286 с.

Размещено на Allbest.ru