Естественные радионуклиды в строительных материалах. Влияние на человека

Радиационная безопасность является одним из важнейших гигиенических критериев экологической безопасности материала. Радиоактивность материала может быть, как естественной, так и искусственной.

Рисунок 1. Основные источники радиации

В конце XX века участились случаи обнаружения повышенной радиоактивности строительных материалов, а это может нанести немалый вред здоровью человека, поэтому порядок их радиационного контроля был ужесточен.

Понятие естественной радиоактивности, содержание радионуклидов в строительных материалах

Естественная радиоактивность – это самопроизвольный распад атомных ядер, встречающихся в природе. Она встречается буквально повсюду. Ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой планеты. Радиоактивные материалы вошли в состав земной коры. Таким образом, основными источниками естественной радиации являются космические лучи и внутренняя радиация Земли.

Природная (естественная) радиоактивность отражает содержание таких радиоактивных веществ как радий (226Ra), торий (232Th), калий (40К) в различной концентрации в минеральном сырье, используемом в строительстве. Природная радиоактивность характерна как для сырья (щебень, песок, цемент и пр.), так и для готовой продукции (кирпич, керамическая плитка, железобетонные конструкции, бетон и растворы, искусственные камни, облицовочные плиты).

Многие строительные материалы являются природными компонентами (природный камень) и поэтому содержат в составе химические элементы с радиоактивными изотопами. Однако, природная радиоактивность сильно колеблется в зависимости от вида почвы, от состава минералов, выходящих на поверхность месторождения.

Вулканические породы (гранит, пемза, туф, графит) имеют выше уровень радиоактивности, чем осадочные породы (карбонатные породы, известняк, песок). Самыми безопасными материалами для строительства считаются кирпич, бетон и дерево. Известно, что у кирпичных, каменных и бетонных зданий мощность дозы излучения в 2-3 раза выше, чем в деревянных.

Основные проблемы в части радиационной безопасности стройматериалов связаны применением гранитного щебня. К сожалению, поставки минерального сырья осуществляются по паспортам качества, которые не являются документами строгой отчетности. Поэтому рекомендуется проводить проверку на радиоактивность строительного материала до его использования на строительной площадке и на стадии сдачи объекта в эксплуатацию.

Одним из крупнейших источников радиации на строительной площадке является уголь, хотя он содержит малое количество первичных радионуклидов. При сжигании угля образуется зола, зольная пыль и шлак. Именно в них и концентрируются радионуклиды. Использование золы в качестве добавки к цементам и бетонам может привести к увеличению радиационного облучения и таким образом вносит существенный вклад в облучение населения.

Радиационное загрязнение

Загрязнение радионуклидами бывает снимаемое (можно смыть) и неснимаемое (нельзя смыть, не поддается очистке). Высокое содержание радионуклидов в строительных материалах, а также загрязнение поверхностей помещения различными радионуклидами, которые оседают в аэрозольной форме приводит к внешнему гамма-облучению.

Напомним, что гамма-лучи – это электромагнитное излучение с очень высокой проникающей способностью, в отличие от альфа-излучения и бета-излучения. Оно способно пронизывать человека насквозь. Энергия гамма-излучения гораздо больше энергии любого другого излучения. От гамма-лучей не спасает даже костюм радиационной защиты, а специализированные бункеры со свинцовой защитой лишь ослабляют влияние гамма-лучей на организм человека. Однако, благодаря своим свойствам, гамма-излучение широко применяется в нашей жизни. Например, пищевая промышленность – для консервирования путем подавления роста пищевых бактерий и увеличения срока хранения продукта; гамма-дефектоскопия; стерилизация медицинских инструментов; лучевая терапия; строительство.

Рисунок 2. Виды радиоактивного излучения и его проникающая способность

Опасность радиоактивного излучения состоит в том, что при распаде радионуклида образуются изотопы химических элементов, принадлежащие соседним группам периодической системы, что может привести к разрыву химических связей и перестройке молекул организма. Эффект радиационного воздействия может проявиться совсем не в том месте, которое подвергалось облучению.

Количественно воздействие радиации можно охарактеризовать несколькими величинами:

• Поглощенная доза – отношение ионизирующей энергии, переданной веществу к массе этого вещества. Единица измерения грей [Гр] или рад [рад].
• Мощность излучения – приращение дозы в единицу времени. Единица измерения грей в секунду [Гр/с].
• Эквивалентная доза – величина, определяющая воздействие излучения на организм, равная произведению поглощенной дозы на коэффициент качества. Коэффициент качества показывает во сколько раз радиационная опасность от воздействия на живой организм данного вида излучение больше, чем от воздействия гамма-излучения (Кγ=1). Единица измерения зиверт [Зв].

Биологическое воздействие радиации совершенно неощутимо человеком. Можно находиться в зоне с высоким радиационным фоном длительное время и ничего не чувствовать. Дело в том, что скрытый период действия радиации может быть достаточно продолжительный. Кроме того, полученные дозы облучения имеют свойство накапливаться в организме.

Облучение гамма-квантами может вызвать хроническую и острую лучевую болезнь, различные виды онкологических заболеваний, мутации, а также к угнетению иммунной системы организма и сделать его восприимчивым к различным заболеваниям.

Наиболее интенсивно облучаются органы, через которые поступили радионуклиды в организм (органы дыхания и пищеварения), а также щитовидная железа и печень.

Исследования показали, что при облучении дозой в 1 Гр вероятность возникновения онкологических заболеваний возникает у 10 человек из 1000, а наследственных дефектов – у 2 человек из 1000.

На сегодняшний день основную часть облучения люди получают в повседневной жизни. На рисунке 1 можно увидеть, что практически всё, что нас окружает, имеет в себе радиационную составляющую.

Контроль на строительных объектах

Ввиду того, что строительные материалы могут вносит значительный вклад к общую дозу облучения человека, органами строительного надзора ведется жесткий контроль содержания в них радионуклидов.

Контроль радиационной безопасности строительных материалов на территории России проводится в соответствии с Федеральными законами «О радиационной безопасности населения» и «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

Нормативные документы, которыми руководствуются при определения радиационной безопасности строительных материалов являются: СП 2.6.1.758-99 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99)» и ГОСТ 30108-94 «Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов».

Контролируемая величина – удельная эффективная активность ЕРН (Аэфф) – суммарная удельная активность ЕРН в материале, определяемая с учетом их биологического воздействия на организм человека. Измеряется в Бк/кг. Эта характеристика указывается в гигиенических сертификатах и паспортах на строительные материалы.

Лаборатория санитарно-эпидемиологического и радиационного контроля ГБУ «Центр экспертиз, испытаний и исследований в строительстве» по заказу Комитета государственного строительного надзора осуществляет определение показателя эффективной удельной активности природных радионуклидов в сыпучих строительных материалах (щебень, гравий, песок) и строительных изделиях (облицовочных и декоративных) на строительных объектах г. Москвы.

Измерения активности радионуклидов производится на навесках, отобранных из представительной пробы, в лабораторных условиях с использованием спектрометрической установки МКС-01А «мультирад» со сцинтилляционным детектором гамма-излучения.

Методика, используемая лабораторией в рамках государственных проверок, позволяет определять радионуклидный состав счетного образца и рассчитать удельную активность радионуклидов.

Счетный образец для исследования готовят из вещества пробы, привезенной со строительного объекта. Пробоподготовка происходит разными способами исходя из наименования привезенного образца. Затем материал исследуемого объекта помещают в измерительный сосуд или формуют в виде счетного образца, размеры и форма которого удовлетворяют требованиям геометрии измерения. Выполняется 5 повторов измерения с помощью программного обеспечения «Прогресс».

В качестве результатов измерений удельных активностей ЕРН в представительной пробе принимают средние арифметические значения удельных активностей каждого радионуклида (Aj) по пяти навескам

где i=1, 2, ..., n – номер навески.

Абсолютную погрешность определения величины Aj вычисляют по формуле

где aj - абсолютная погрешность определения удельной активности j-го радионуклида в навесках пробы, оцениваемая в соответствии с методикой выполнения измерений на радиометрической установке.

Значение удельной эффективной активности ЕРН (Aэфф) для представительной пробы вычисляют в соответствии с формулой с использованием значений для каждого радионуклида.

Аэфф = АRa +1,3АTh +0,09АK , где АRa, АTh, АK - удельные активности радия, тория, калия соответственно, Бк/кг.

Абсолютную погрешность определения значений Аэфф вычисляют по формуле

За результат определения удельной эффективной активности ЕРН в контролируемом материале и установления класса материала принимают значение, определяемое по формуле

Для строительства и ремонта жилых и общественных зданий допускается использовать материалы с Аэфф не более 370 Бк/кг.

По результатам выполненной государственной работы выдается экспертное заключение о соответствии (или несоответствии) рассчитанного значения Аэфф в отобранных пробах строительного материала требованиям проектной документации и требованиям СанПиН 2.6.1.2523-09 (НРБ-99/2009) «Нормы радиационной безопасности. Санитарные правила и нормативы».