Приборы и методы регистрации радона в воздухе, воде и почве

УДК 502.7

ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ РАДОНА В ВОЗДУХЕ,

ВОДЕ И ПОЧВЕ

А.В. ДЕМИДОВ, Р.Я. ДЫГАНОВА

Казанский государственный энергетический университет

Будучи бесцветным и неосязаемым газом, радон представляет угрозу для здоровья, стоя на втором месте как причина смертности из-за рака легких. Имеющиеся методики регистрации радона достаточно хорошо развиты и изучены для определения его концентрации в воздушной среде, однако имеющиеся сейчас приборы позволяют развивать методы регистрации исследуемого газа в воде и почве.

Ключевые слова: безопасность жизнедеятельности, радон, спектроскопия, радиоактивность.

Введение

Радон — химический элемент главной подгруппы восьмой группы шестого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Атомным номер 86. В нормальных условиях представляет собой бесцветный инертный газ без вкуса и запаха. Считается опасным для здоровья в силу своей радиоактивности.

Радон возникает в ходе естественного радиоактивного распада урана и не имеет стабильных изотопов. Наиболее устойчивым считается 222Яп с периодом полураспада 3,8 дней.

Главная опасность для здоровья человека напрямую проистекает из свойств радона: газ невозможно обнаружить без применения специальных приборов. Проникая из естественных источников в помещение, радон, в случае создания благоприятных условий, может накапливаться в нём в значительных концентрациях. Попадая в организм человека, радон способствует процессам, приводящим к раку лёгких: распад ядер радона и его дочерних изотопов в легочной ткани вызывает микроожог, поскольку вся энергия альфа-частиц поглощается практически в точке распада [1, 2]. Особенно опасно сочетание воздействия радона и курения, в силу того что газ и дочерние его продукты распада агрегируются на частичках табачного дыма [3, 4]. Рак лёгких, вызванный радоновым облучением, является шестой по частоте причиной смерти от рака [5].

Пути проникновения, нормы безопасности

Пути проникновения радона в помещение различны. Газ из природных источников может накапливаться в зданиях, особенно в плохо проветриваемых помещениях. Радон легко проникает в помещения по проницаемым зонам земной коры. Здание с газопроницаемым полом, построенное на земной поверхности, может увеличивать поток радона, выходящего из земли, до 10 раз за счет перепада давления воздуха в помещениях здания и атмосфере, - так называемого «эффекта дымохода» [6]. Также возможным вариантом проникновения радона в здание может быть обычная водопроводная вода, поскольку газ довольно хорошо в ней растворяется. Это явление довольно распространено за рубежом, но для городов России не так существенно, поскольку водоснабжение у нас в основном централизованное, а процесс водоподготовки включает в себя процедуру аэрации

© А.В. Демидов, Р.Я. Дыганова

Проблемы энергетики, 2011, № 5-6

воды, в результате чего практически весь радон из неё улетучивается. Сами же водопроводные трубы для радона практически непроницаемы [7].

В соответствии с российскими санитарными нормами (НРБ-99) при проектировании новых жилых и общественных зданий должно быть предусмотрено, чтобы среднегодовая эквивалентная объемная активность изотопов радона в воздухе помещений не превышала 100 Бк/м3. В США требования менее жёсткие, допускающие концентрацию радона в помещении до 200 Бк/м3, в Великобритании не так давно меры, напротив, были ужесточены и допустимая концентрация была снижена с 200 до 100 Бк/м3.

Методы регистрации радона

Как и любой другой радиоактивный материал, радон может быть зарегистрирован дозиметрическими приборами по факту распада его изотопов и последующих дочерних продуктов. Применительно к помещениям обычно подразумевают так называемую объёмную активность (ОА) - отношение активности радиоактивного вещества к объему этого вещества, измеряемую в Беккерелях на метр кубический (Бк/м3). Количество накапливающейся активности ограничивается вентилированием помещения, интенсивность которого обычно характеризуют скоростью обмена воздуха. Аналогичным образом, а также за счет осаждения ограничивается и концентрация продуктов распада радона - эквивалентная равновесная объемная активность (ЭРОА, Бк/м3) радона.

Существует множество методов регистрации радона - как непосредственно, так и по продуктам его распада. Одним из таких методов для непосредственной регистрации является электростатическое осаждение радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) на поверхности полупроводникового детектора альфа-распада с последующей дискриминацией частиц по энергетическому уровню. Именно на этом принципе работы основаны современные радон-мониторы, такие как универсальный радон-монитор «AlphaGuard» производства немецкой фирмы Genitron Instruments GmbH, радон-мониторы фирмы SARAD GmbH (Германия), российские РРА-01М-01, РАА-20П2 «Поиск» и др. Отбор проб воздуха может производиться пассивно - в этом случае входное отверстие камеры, обычно, закрывается мембраной, проницаемой только для радона, чтобы повысить селективность прибора, так и активно - с помощью насоса. Второй метод является более предпочтительным, поскольку позволяет получить конечный результат намного быстрее, чем при использовании пассивных датчиков или угольных адсорберов, которые также могут применяться при регистрации.

Отдельно следует упомянуть о методике регистрации ОА радона в воде. Поскольку непосредственные замеры, в силу особенностей среды, как правило, затруднительны, прибегают к иным методам. Отобранную пробу воды помещают в герметичную ёмкость и затем производят её аэрацию в замкнутом объёме, в который включается радон-монитор. Воздух, находящийся в контуре, вытесняет растворённый в воде газ, и через некоторое время в системе устанавливается равновесное состояние концентрации радона в воздухе и воде. После этого нетрудно вычислить исходную концентрацию радона в пробе воды, измерив концентрацию радона в системе и зная объёмы воды и воздуха.

Примеры некоторых измерений ОА радона в воздухе и воде

В ходе нашей работы использовались радон-мониторы немецкой фирмы SARAD GmbH: пассивный индивидуальный дозиметр DoseMan и активный

радон-монитор КТМ1688-2 со встроенным насосом. Нами была исследована динамика изменения ОА радона в помещении химической лаборатории, расположенной на цокольном этаже. Были получены следующие результаты:

Время, ч:мин

Рис. 1. Динамика изменения ОА радона в помещении химической лаборатории

Как видно из приведённой диаграммы, концентрация радона в помещении в течение дня держится в допустимых пределах, за исключением единичного пика (143 Бк/м3), однако ночью возрастает до 280 Бк/м3, а к утру вновь снижается до нормальных значений. Этот факт объясняется тем, что ночью в помещениях корпуса, где расположена лаборатория, отключается приточно-вытяжная вентиляция, вследствие чего поступающий в помещение радон уже не выносится наружу. Таким образом, пребывание в помещении лаборатории не представляет опасности для человека. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что здание соответствует нормам радиационной безопасности, поскольку в ходе дальнейшей работы ни в одном рабочем помещении этажами выше не была зафиксирована ОА радона выше 30-60 Бк/м3.

В рамках исследования методики для измерения концентрации радона в воде нами был обследован район Голубого озера, находящегося под Казанью. В силу того, что озеро имеет карстовое происхождение, представлялось интересным исследовать наличие в его водах и источниках, расположенных поблизости, радона. Замеры, проведённые прибором RTM1688-2 по методике, описанной в предыдущем разделе, показали интересные результаты. В пробах воды, взятых с поверхности озера, концентрация радона составляла 14-17 Бк/л. Пробы, взятые непосредственно из близлежащих к озеру источников, показали содержание в воде радона с концентрацией 44-48 Бк/л. Столь высокие показатели можно объяснить, предположительно, залегающими в глубине радиоактивными породами, однако это требует дополнительной проверки. Фактически же, на основании полученных нами результатов, Голубое озеро вполне можно считаться радоновой ванной, поскольку в последней концентрация радона варьируется от 3 до 44 Бк/л.

Выводы

Радон распространён в мире повсеместно и будет существовать на земле примерно в тех количествах, что и сейчас, по крайней мере, до тех пор, пока в недрах земли залегает уран [8]. Следовательно, как показывают результаты наших исследований, необходимо продолжать дальнейшую работу, направленную на выявление и предупреждение ситуаций, связанных с накоплением этого газа в

жилых помещениях и местах массового скопления людей. Особенно актуальным этот вопрос видится в связи с проведением в Казани «Универсиады-2013» и повсеместным строительством в городе спортивных объектов. Тем не менее, жилые дома, особенно расположенные в частных секторах, также являют собой не менее ценный объект исследований, что и будет продемонстрировано в нашей дальнейшей работе.

Summary

Despite being colourless and odourless, radon nevertheless is considered to be a health hazard. Radon is the second most frequent cause of lung cancer after cigarette smoking. Current ways of radon registration and definition of its concentration in air are rather well developed and studies, but modern instruments enable to develop methods of the gas under investigation both in water and soil.

Key words: health and safety, radon, spectroscopy, radioactivity.

Литература

1. Darby S et al. (2005). Radon in homes and risk of lung cancer: collaborative analysis of individual data from 13 European case-control studies.

2. Krewski D et al. (2005). Residential Radon and Risk of Lung Cancer: A Combined Analysis of 7 North American Case-Control Studies. Epidemiology, 16:137145.

3. Lubin JH et al. (2005). Adjusting Lung Cancer Risks for Temporal and Spatial Variations in Radon Concentration in Dwellings in Gansu Province, China. Radiat. Res, 163:571-579.

4. S. Darby, D. Hill, R. Doll (2001). «Radon: A likely carcinogen at all exposures». Annals of Oncology 12 (10): 27.

5. «A Citizen's Guide to Radon». U.S. Environmental Protection Agency. 2009.

6. Жуковский М.В., Кружалов А.В., Гурвич В.Б., Ярмошенко И.В. Радоновая безопасность зданий. Екатеринбург, 2000.

7. Источники, эффекты и опасность ионизирующей радиации: Доклад НКДАР ООН за 1988 г. М.: Мир, 1992. Т.1.

8. Toxological profile for radon, Agency for Toxic Substances and Disease Registry, U.S. Public Health Service, In collaboration with U.S. Environmental Protection Agency, December 1990.

Поступила в редакцию 22 февраля 2011 г.

Дыганова Роза Яхиевна - д-р биол. наук, профессор, академик РАЕН, заведующая кафедрой «Инженерная экология и рациональное природопользование» (ИЭР) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-43-24.

Демидов Андрей Владимирович - аспирант кафедры «Инженерная экология и рациональное природопользование» (ИЭР) Казанского государственного энергетического университета.