Изучение радиационных характеристик строительных материалов

УДК 504

ИЗУЧЕНИЕ РАДИАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Э.Б. Хоботова, профессор, д.х.н., А.В. Пивень, студент, М.И. Уханева, преподаватель, В.В. Слищенко, студент,

ХНАДУ

Аннотация. Показана необходимость проведения расчетов основных радиационных характеристик трёх выбранных типов бетонов. Установлено, что исследованные материалы могут быть рекомендованы в качестве заполнителей бетонов, используемых для сооружения жилых зданий, где воздухообмен не интенсивный.

Ключевые слова: источники облучения, гамма фон, гамма-спектрометрический метод, стек-эффект.

Введение

СЭф.= С^ + 1,31СТЬ + 0,085СК .

От всех природных источников облучения человек получает в среднем эквивалентную дозу, которая составляет 2,4 мЗв/год. Почти половину этой дозы вызывают радиоактивные газы - радон

222 220тл

( Яп) и торон ( кп) и их дочерние продукты распада. Основную дозу облучения человек получает, вдыхая воздух в помещениях, где концентрация радона в 6 - 8 раз выше, чем во внешнем воздухе. Радиоактивность строительного камня зависит от многих факторов, среди которых необходимо отметить вид горной породы, использованной для производства стройматериалов; место добычи горной породы, а также вид отходов, задействованных на производство стройматериала в виде наполнителя или связующего. Радиоактивность строительных материалов является главной составляющей технологически измененного фона, существующего за счет перераспределения естественных радионуклидов (ЕР). Радиационные характеристики строительных материалов определяются их способностью к эманации радона и гамма-фоном в помещении.

Анализ публикаций

Гамма-спектрометрическим методом обнаружено

т-т> 22^ 232^1 238т т 40т^ присутствие ЕР ка, Тп, и, К в строительных материалах и отходах производства. Экспериментально получены значения удельных активностей ЕР - С. Для отдельных радионуклидов значения С были выше, чем средние значения по СНГ и Украине. Провести сравнение строительных материалов по их радиационным свойствам можно с использованием величины эффективной удельной активности, рассчитываемой по формуле

Сопоставление Сэф. с данными о радиоактивности горных пород, почв и земной коры показало, что средние значения Сэф. в изученных строительных материалах близки к средней величине Сэф. для почв и приблизительно в 1,5 раза ниже среднего значения для земной коры. Все исследуемые материалы относятся к I классу радиационной опасности стройматериалов, используемых в строительстве без ограничений. Для них должно выполняться условие [1] Сэф. < 370 Бк  кг-1.

Для многокомпонентных строительных материалов рассчитывали Сэф с учетом массовых вкладов его составляющих по формуле [2]

тг Е (Сэф.Х • щ „ -1

, Бк  кг

С эф. = -

Е т

Цель и постановка задачи

Целью работы является необходимость расчета радиационных характеристик выбранных бетонов.

Расчет основных радиационных характеристик бетона

Рассмотрено три возможных варианта бетона:

- смешанное цементно-шлаковое вяжущее и мелкий заполнитель-отработанная формовочная смесь (ОФС) (Сэф.ОФс = 39,4 Бк  кг-1 [2]);

- цементное вяжущее, смешанный мелкий заполнитель - шлак и ОФС; смешанное цементно-шлаковое вяжущее и мелкий заполнитель шлак.

Для некоторых образцов угольных шлаков Донецкого угольного бассейна величина Сэф. значительно превышает среднюю Сэф. по СНГ (93 Бк  кг-1) и по Украине (106 Бк  кг- ) [2]. Использование таких угольных шлаков в качестве вяжущего и заполнителя может привести к повышению Сэф

готового многокомпонентного бетона и к увеличению дозы облучения людей.

Величину годовой эффективной эквивалентной дозы у-облучения Апом рассчитывали по формуле [2] _

Атом. = 4,74Сэф.= мкЗв-г°ДЧ

Формула выведена, исходя из оценки НКДАР ООН, что жители промышленно развитых стран 80 % времени проводят в помещениях.

Доза облучения людей на открытой местности рассчитывается по формуле [2]

Do

= 3,28Сэф., мкЗв

год

Величину дозы, полученной за счет у-излучения ЕР стройматериалов, ДАЕр, рассчитывали по разности [2]

adep = DnoM. - 305, мкЗв  год -

где 305 мкЗв  год -1 - это доза, которую получили бы люди, находясь весь год на открытой местности (для географических широт Украины) [2].

Результаты расчетов показали, что Апом. и ДАЕР достаточно велики и мало зависят от Сэф. цементной составляющей, а в основном определяются активностью шлака. Для бетонов 2-го и 3-его видов превышено среднее значение ДАЕР по СНГ 100 мкЗвгод-1 [2]. у-излучение бетонов третьего состава превышает ДАЕР в 4 раза и приближается к суммарной дозе за счет действия у-излучения стройматериалов и эманации из стен изотопов радона (350 мкЗвгод -1 [2, 3]).

Оценка величины радоновыделения многокомпонентных бетонов проводилась по величине Сэф.Иа (Сиа" п) и максимальной концентрации 222Ип в порах образцов материалов СРп тах, рассчитываемой по уравнению [2]

г cra -Р-П ^ Л -3 crnmax =-J-, Бк ' M ,

где р - плотность материала, кг" м- ; п - коэффициент эманирования; Р - пористость образца, %.

Величина С^ max определяет значение объемной активности радона в воздухе помещений, последняя, в свою очередь зависит от скорости воздухообмена. Концентрация радона в воздухе помещения Сд обычно составляет 0,01 С^ max, что связано со стек-эффектом и присутствием отходов в стройматериалах, главным образом, в виде добавок.

Среднюю годовую тканевую (легочную) дозу облучения человека за счет радона (Длег.) для невентилируемого помещения рассчитывали по формуле [4]

D_= 5 -1014 • CRn, бэр • год-1 =

1351,35 • crnтах,мкЗв • ГОД"1,

где CRn, Ки- л-1; CRn max , Бк  м-3.

Легочная доза для вентилируемого помещения составляет [4]

Ае,= 1,4 -101

- CRn,бэр - год

Выводы

Рассчитанная Алег. не превышала среднее значение Алег. по СНГ (350 мкЗв год-1) [2], поэтому исследованные материалы могут быть рекомендованы в качестве заполнителей бетонов, используемых для сооружения жилых зданий, где воздухообмен не интенсивный. Основная опасность при использовании исследованных угольных шлаков будет связана не с величиной радоновы-деления, а с повышенным у-излучением ЕР стройматериалов.

Литература

1. Нормирование радиоактивности строительных

материалов при разном виде их использования / Э.М. Крисюк, В. И. Карпов, П. Кляус и др. // Report SAAS - 250. - Berlin, 1979. -P.205 - 213.

2. Крисюк Э.М. Радиационный фон помещений. -

М.: Энергоиздат, 1989. - 120 с.

3. Крисюк Э. М. Нормирование радиоактивности

строительных материалов//Гигиена и санитария. - 1980. - №12. - С.32-34.

4. Перцов Л.А. Ионизирующие излучения био-

сферы. - М.: Энергоиздат, 1973.

Рецензент: В.К. Жданюк, профессор, д.т.н.. ХНАДУ.

Не обнаружено превышения Сэф.Иа для I класса радиационной опасности стройматериалов (22,2 Бк  кг-1) [1, 2].

Статья поступила в редакцию 14 сентября 2006 г.