Радиометрия эксхаляции радона из строительных материалов Махди Мохамед Рамдан

Введение к работе

Актуальность теш. Вредное воздействие радионуклидов радона и дочерних продуктов их распада (ДПР) на организм человека впервые было замечено на европейских урановых рудниках в 30-х годах 20-го века. В 50-х годах на основании большого объема данных, полученных ка урановых рудниках США была установлена прямая связь содержания радона в воздухе и числа заболеваний раком легких. В начале 80-х годов в большинстве развитых стран: США, Англия, Швеция, Финляндия, Германия и др. возникает повышенный интерес к радону в воздухе жилых помещений. В результате проведенных исследований было установлено, что концентрация радона в ряде жилых помещений может превышать допустимую даже для профессиональных работников

¹ урановых рудников и обогатительных фабрик. По оценкам Научного комитета по действию атомной радиации (ООН) воздействие радона и ДПР обуславливает от 501 до 70% годовой индивидуальной эффективной дозы населения от естественных источников ионизирующего излучения, что обуславливает по данным экспертов Международной комиссии по-радиационной защите (МКРЗ) до 20Z общего количества заболеваний раком легких в мире.

Радон и торон представляют собой природные радиоактивные газы. Радон (²²²Rn) образуется при сс-распаде ²²⁶Ra в естественном

радиоактивном ряду ^23SU и распадается с образованием цепочки а- и 3-излучающих нуклидов (ДПР), которая завершается стабильным изотопом ^20бРЬ. Торон (²²⁰Rn) возникает при «-распаде ²²⁴Ra в ряду ²³²Th. Третий радионуклид радона - актинон (²¹⁹Rn) - продукт распада в цепочке ²³⁵U, мало распространен в природе и его обычно не учитывают.

Выделение (эксхаляция) радона из почвогрунтов, строительных материалов и изделий, содержащих естественные радионуклиды урана и тория, является основной причиной его накопления в воздухе жилых помещений. Исследования, проведенные в Финляндии, показали, что интенсивность аксхаляции радона -из бетона колеблется от 8'Ю^-3 до З'Ю^-2 Бк/(м²'с). При кратности воздухообмена 0,5 в час это создает концентрацию радона до 60 Бк/м³, что соответствует годовой эффективной эквивалентной дозе облучения людей до 6 мЗв. Для сравнения следует отметить, что в районных центрах Могилевс-кой области уровни внешнего облучения населения даже в первый год

после аварии на ЧАЭС не превысили 10 мЗв, а принятая в Белоруссии концепция "70 мЗв sa жизнь" допускает дополнительную дозу облучения людей 1 МЗв в год.

В настоящее время практически во всех странах мира реализуются национальные радоновые программы, курируемые ООН. Актуальность данной задачи для Беларуси подтверждена предварительными исследованиями, выполненными в 1989-90 годах.

Радиационную опасность строительных материалов и изделий обычно оценивают по содержанию в них радионуклидов урана, радия и тория методом гамма-спектрометрии. Однако их содержание однозначно не определяет радоноопасность, так как эксхаляция радона зависит от множества факторов: пористости и влажности материала, способа обработки самого изделия и его поверхности и так далее. Поэтому оценка реальной радоноопасности стройматериалов и изделий, выбор технологии их обработки и методов снижения эксхаляции радона требуют создания специальных методик и приборов для непосредственного измерения эксхаляции радона из стройматериалов, изделий и стен помещений с повышенной концентрацией радона.

Специальная аппаратура для измерения эксхаляции радона из строительных материалов и изделий в странах СНГ и за рубежом не выпускается, Для этих целей, как правило, используют обычные радиометры радона в совокупности со специальными методиками предварительного отбора проб воздуха вблизи поверхности стен помещений: накопительные камеры; коллекторы Пирсона; сорбция радона на активированном угле и т.п.. Отобранные пробы доставляются в лабораторию, где и проводится измерение содержания радона. В силу этого существующие методики обладают чрезвычайно низкой экспрессностыо и ограниченностью применения, хотя достигаемый предел детектирования эксхаляции для некоторых из них составляет около 10"^й Бк/(м^2,с).

При проведении радонового мониторинга за рубежом осуществляется широкий комплекс работ, включающий измерение содержания радона и ДПР как в помещениях жилого и социального назначения, так и в атмосферном воздухе. При этом применяются различные методы и аппаратура для проведения как экспрессных, так и интегральных измерений. Приборы для экспрессного (активного) мониторинга радона и ДПР используются для оперативного контроля в помещениях, измерения кратковременных вариаций концентрации радона, определения

уровня облучения шахтеров, рабочих горнообогатительних комбинатов, проверки интегральных радиометров и т.п. Для решения дачного комплекса задач необходимы достаточно высокие чувствительность (порядка нескольких единиц Бк/м³) и экспрессность единичных измерений.

Сбор и анализ ДПР сложнее, чем самого радона, но он чрезвычайно важен для точной оценки воздействия на дыхательную систему, особенно в наиболее часто встречающихся случаях неравновесной концентрации радона и ДПР. Все методы определения содержания ДПР в воздухе основаны на сборе атомов ДПР, либо содержащих их аэрозольных частиц на специальные фильтры при прокачке через них воздуха и последующего измерения активности фильтров. Эти методы сложны, обладают суммарным низким быстродействием и требуют учета * многочисленных мешающих факторов.

Существенно более перспективным является метод, основанный на сборе радиоактивных ионов ДПР и содержащих их аэрозольных частиц электрическим полем непосредственно на поверхности детектора с последующей альфа-спектрометрией ДПР. Этот метод позволяет достичь высокой чувствительности, экспрессносги и обеспечивает селективную регистрацию ДПР.

Все вышеизложенное предопределило цель данной диссертационной работы.

Цель работы: исследовать возможность применения метода электростатического концентрирования ионов ДПР радона для создания радиометра эксхаляции радона из строительных материалов и изделий.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

1. Создать измерительный комплекс для определения скорости эксхаляции изотопов радона из строительных материалов и изделий по их первым ДПР, включающий в себя камеру сбора ионов ДПР на рабочую поверхность «-детектора электростатическим способом; блок детектирования «-излучений ДПР и усиления сигналов, полученных при их регистрации; устройство сопряжения с ЭВМ для обработки получаемой информации.

2. Разработать теоретическую модель процесса сбора ионов ДПР в электростатической камере, позволяющей оценивать влияние на сбор ДПР геометрических размеров камеры, давления и влажности в ней, напряжения сбора и т.д.

3. Исследование реальных процессов, протекающих в камере сбора ДПР при изменении условий сбора (геометрия, напряженность электрического ПОЛЯ и т.п.)

4. Создать методики оценки скорости эксхаляции радионуклидов радона по их первым ДПЬ.

5. Определить скорости эксхаляции радона и торона для различных строительных материалов.

Научная новизна:

1. Впервые в СНГ создан действующий макет радиометра эксхаляции изотопов радона из проб строительных материалов, изделий и почвогрунтов, реализующий метод концентрирования ионов ДПР в' электрических полях с последующей а-спектрометрией.

2. Апробирован метод оценки скорости эксхаляции радона и торона, основанный на информации об а-излучении их ДПР.

3. Теоретически обоснована, исследована и экспериментально проверена методика выполнения измерения эксхаляции радона из проб с применением электростатического сбора конов ДПР радионуклидов радона.

4. Исследовано поведение ионов ДПР в электрическом поле в процессе их сбора.

5. Получены экспериментальные данные по эксхаляции радона из строительных материалов.

Практическая значимость работы:

Предложена действующая модель радиометра эксхаляции радиоизотопов радона, позволяющая проводить экспресс-дозиметрию строительных материалов и почвогрунтов для выявления потенциальной радоноопаскости помещений.

Использование разработанной аппаратуры позволяет контролировать воздействие радиоактивного газа на человека и предпринять меры по уменьшению эксхаляции радона из строительных материалов и изделий, с целью уменьшения получаемых населением доз ионизирующих излучений.

На защиту выносятся следующие положения: 1. Конструкция измерительного преобразователя, радиометра эксхаляции радионуклидов радона из проб строительных материалов и изделий с использованием концентрирования ионов ДПР радона в электрическом поле с последующей их альфа-спектрометрией.

2. Методика и результаты теоретического анализа эффективности сбора ионов ДПР в электрических полях и оценки влияния на нее различных факторов: влажности и давления воздуха, концентрации отрицательных ионов и параметров камеры сбора.

3. Результаты экспериментальных исследований основных характеристик радиометра зксхаляции радона из проб строительных материалов и изделий, а также предварительных измерений, выполненных на реальных пробах.

Апробация работы:

Материалы работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры ядерной физики Белорусского государственного университета и Международного института по радиоэкологии им.А.Д.Сахарова.

Объем и структура диссертации:

Диссертация изложена на 103_страницах машинописного текста; содержит 26 рисунков, 25 таблиц; состоит из введения, трех глаз, заключения, библиографии (72 наименования).